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• Miguel Quispe

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL ELECTRICA

“ENSAYO DE CORTOCIRCUITO Y VACIO DE UN MOTOR ASINCRONO TRIFASICO”

TEMA

:

MAQUINAS ASINCRONAS TRIFASICAS

PROFESOR

:

CICLO

:

ALUMNOS

:

Quispe Flores Miguel Humberto

ROBLES JACKSA VII

1213120386

Bellavista – Callao 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica

ENSAYO DE VACIO Y CORTOCIRCUITO DE UN MOTOR ASINCRONO TRIFASICO I. OBJETIVOS  Determinar los parámetros de este tipo de motores de Inducción. (Resistencia de sus devanados, la reactancia de magnetización, reactancia de dispersión, etc.)  En el ensayo de vacío, parámetros del circuito de excitación; y en el ensayo de cortocircuito, los parámetros de los devanados.  Hallar la eficiencia, el factor de potencia, el deslizamiento, las características de velocidad y el par de arranque. II. GENERALIDADES 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 a 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 controla.

Fig. 1.- Motor trifásico asíncrono

Fig. 2.- Partes de un motor asíncrono trifásico PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica 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 Ay 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: 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. Deslizamiento. Relación que resulta de la diferencia de velocidades. s=

n s−n ns

Dónde: s=deslizamiento

n s=velocidad síncrona ( RPM )

n=veocidad del rotor (RPM )

El deslizamiento es prácticamente cero sin carga y es igual a 1 (100%) cuando el rotor está bloqueado. Conexionado. El motor se conectará a una red trifásica, mediante los terminales que cuente, que puede ser Estrella o Triángulo tal como se debe estar indicando en la Placa de Características. Para el caso de la experiencia debe conectarse a una red de tensión variable conectando Voltímetros, Amperímetros, Vatímetros ya sean monofásicos o trifásicos, que nos permita medir los parámetros. Para analizar el arranque, aceleración, funcionamiento y eficiencia, es necesario definir ciertos términos por medio de las siguientes pruebas:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica 1. PRUEBA DE VACIO (IEEE 112/1978 ITEM 4.6) para determinar las pérdidas mecánicas y magnéticas. Se usaran las siguientes formulas: V∅ I∅

Z ∅=

R∅=

P∅

( I ∅)

2

=R AC + R M

X ∅= √ Z ∅2 −R ∅2=X 1 + X M R M =R∅−R AC

2. PRUEBA DE CORTOCIRCUITO (IEEE 112/1978 ITEM 4.8) o de rotor bloqueado para determinar la resistencia total efectiva, la resistencia del rotor, sus pérdidas y pérdida en el cobre. Para el modelo las ecuaciones a utilizarse son las siguientes: Z cc =

R∅=

V cc I cc P cc

( I cc )

2

=R AC + R ' 2

X CC =√ Z CC2 −RCC2

X 1=KX CC X ' 2=( K−1) X CC K

Depende del tipo de aislamiento del motor

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica X1 se obtuvo del ensayo en cortocircuito ahora podemos

Como obtener XM

X M =X ∅−X 1 Luego en el circuito equivalente de la figura 2 los valores son: Z 1=R AC + j X 1 Z ' 2=R ' 2+ j X ' 2 Z M =R M + j X M

R L=R ' 2

RL

[ ] 1−s s

Es variable y depende del desplazamiento “s” esto se debe a que

el desplazamiento varía funcionamiento del motor.

de

acuerdo

a

la

característica

del

En el cálculo de las características se deben hallar los siguientes parámetros a partir del circuito equivalente la única diferencia será el valor de “s”. 

I1 ,

I2



FP=cos ∅



n=



PUTIL=3 I 22 RL



Pingreso =3 V N I 1 cos ∅

PUTIL Pingreso

5



UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica PUTIL T= w

3. Prueba de Resistencia de Estator para determinar la resistencia del estator independiente del roto. 4. Prueba de Carga (IEEE 112/1978 ITEM 4.2) para determinar la potencia, corriente y el factor de potencia de carga.

 Circuito Equivalente. El motor de inducción trifásico está alimentado con una tensión balanceada, la corriente y potencias de entrada son las mismas por fase; por el cual el circuito equivalente se refiere a una fase.

Fig3.- Circuito Equivalente de un motor trifásico asíncrono

 Características en el arranque. En el arranque se supone que las revoluciones mecánicas son 0 ya que el motor aún no se ha puesto en marcha pero debido a que el campo giratorio siempre adelanta al movimiento mecánico del rotor, este existe por lo tanto se consume corriente, entonces en la fórmula: s=

n s−n ns

n=0 s=1

Esto implica que

R L=0

.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica  Características del torque máximo. Para el torque máximo se busca la máxima transferencia de potencia en la carga, en este caso el eje del motor, por lo que haciendo uso de este s max teorema se simplifica el circuito calculando así el ; el que hace referencia al valor de “s” para el cual la transferencia de potencia es máxima, y que por lo tanto el torque también lo es. El “s” a utilizar es el siguiente: s max =

R '2

√R

2 th

2

+ ( X th + X ' 2 )

 Características en vacío. Para estas características simplemente se considera el “s” medido en los ensayos de vacío. Esquema de Conexiones.

Fig. 4.-Conexion del watímetro Monofásico.

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Fig.5.- conexión del watimetro  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 carga es la información base. Las cargas más importantes son nominadas a continuación:        III.

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. PROCEDIMIENTO.

1)       

Equipos e Instrumentos. Motor trifásico (anotar sus datos de placa). Un generador de C.C. o C.A. para que funcione como carga. Voltímetro de C.C. y C.A. Vatímetro electrodinámico. Herramientas y cables de conexiones. Amperímetro de C.C. y C.A Tacómetro o contador de RPM.

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2)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica Prueba en Vacío.

 De los esquemas mostrados, la utilización de uno de ellos van a depender del equipo que se cuente. En caso de contar con un compensador o motor de rotor bloqueado procederemos como en el primer y segundo caso.  Partiendo desde el valor cero hasta el valor nominal más un 20% de E.  Al variar el valor de la tensión se tomará de los instrumentos hasta que alcance su velocidad asincrónica de régimen.  Con el montaje indicado se conectará el motor a la línea, se conectará a dos vatímetros monofásicos. Para no producir elevadas corrientes en momento de arranque se alimentará al motor con una tensión reducida al principio, para luego aumentar en forma continua hasta su valor nominal. ¿

E I W 1 W 2 P0 P m n P s cos ⁡( ϕ)

cos ( ϕ ) =P /E . I

Fig. 6.- Conexión en delta del motor trifásico 3) Prueba en Cortocircuito.  La conexión debe ser idéntica al anterior, pero esta vez se medirá mayos corriente.  Se bloqueará el motor de tal manera que no pueda girar.  La fuente de tensión debe estar en la posesión cero.  Cerramos la llave cuchilla y se irá variando la tensión, teniendo cuidado con el rango de los amperímetros y vatímetros. ¿

E I W 1 W 2 Pm R x Ps cos ( ϕ ) Observ

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica Fig. 7.- Rotor Bloqueado del motor trifásico

4) Recopilación de datos del motor en los ensayos de vacío y corto 4.1) Ensayo en vacío con instrumento digital

4.2) Ensayo de vacío con watimetro

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica 4.3) Ensayo en corto con instrumento digital

III)

CUESTIONARIO.

1. Por qué debe estar presente cierto deslizamiento para la acción del motor.  Porque tras una diferencia entre la velocidad de giro del rotor y la velocidad sincrónica (flujo variable en las bobinas del estator) se puede generar un par en el eje de la máquina. Por la ley de Lenz, este par mecánico intentará reducir las variaciones de flujo magnético en el devanado del rotor y, por lo tanto, tratará de hacerlo girar a la misma velocidad que el campo magnético giratorio. 2. Cuál es la diferencia entre par bruto desarrollado y par neto de salida.  Par bruto desarrollado o Par Interno, se obtiene de la potencia mecánica interna. 

Par Neto de Salida o Par Útil, se obtiene de la potencia útil del motor. 3. Cómo puede hacer funcionar un motor trifásico sobre una red monofásica y cuáles son las consecuencias.  La técnica a emplear se basa en el mismo razonamiento que se emplea para los motores asíncronos monofásicos de arranque por condensador, en realidad, lo que se hace es construir un motor monofásico de arranque por condensador a partir del motor asíncrono trifásico que se desea accionar.

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

El motor trifásico en estas condiciones arranca por sí sólo, con las mismas características que un motor monofásico de arranque por condensador.



Si se utiliza el condensador adecuado, se puede conseguir que la potencia del motor en su funcionamiento como monofásico pueda llegar a ser del 80 al 90% de su valor nominal como trifásico. Para una red de 220V, se necesitan unos 70µF por KW de potencia útil del motor (norma UNE48501). El condensador debe de preverse para una tensión de alrededor de 1.25 veces la tensión de la red, debido a los efectos de sobretensiones a que suele estar sometido como consecuencia de los fenómenos de resonancia.



Para conseguir un cambio de giro basta con intercambiar el condensador con los otros devanados del motor trifásico.

4. Cómo se puede lograr el autoarranque de un motor monofásico. Motor monofásico con fase partida, se da uso a dos bobinados en el estator, uno de principal (P) y otro auxiliar(A) o de arranque.

Motor monofásico con arranque por condensador, posee dos bobinados en el estator: principal y auxiliar. En el auxiliar se le

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica añade un condensador en serie que es el que permite conseguir I I el desfasaje suficiente entre las dos corrientes ( pr e aux ).

5. Explicar el comportamiento del funcionamiento del rotor en los motores de inducción. El principio de funcionamiento para que el rotor gire es la inducción electromagnética, produciéndose las f . e . m . s . Para aprovechar ello el devanado que posee el rotor está en corto circuito que, al trabajar con las f . e . m . s se producen la circulación de corrientes en el rotor, simultáneamente se interactúa con el campo magnético del estator dando un par mecánico para que gire el rotor.

6. Graficar en un solo cuadro:

I vs P Y S vs P .

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Corriente(I) vs Potencia (W) Corto Circuito 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.14000000000000001

1.41

2.71

3.68

Corriente(I) vs Potencia (W) Vacio 60 50 40 30 20 10 0

7. Cuáles son las normas para seleccionar un motor. Se da mediante una Clasificación NEMA.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica Los motores trifásicos de potencias mayores de 1 HP son clasificados por las normas NEMA, según el diseño de la jaula del rotor es de la siguiente manera: Motor de diseño NEMA A Torque alto, deslizamiento nominal bajo y corriente de arranque alta. Es un motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, diseñado con características de torque y corriente de arranque que exceden los valores correspondientes al diseño NEMA B, son usados para aplicaciones especiales donde se requiere un torque máximo mayor que el normal, para satisfacer los requerimientos de sobrecargas de corta duración. Estos motores también son aplicados a cargas que requieren deslizamientos nominales muy bajos y del orden del 1% o menos (velocidades casi constantes). Motor de diseño NEMA B Torque normal, corriente de arranque normal y deslizamiento nominal normal. Son motores con rotor tipo jaula de ardilla diseñados con características de torque y corriente de arranque normales, así como un bajo deslizamiento de carga de aproximadamente 4% como máximo. En general es el motor típico dentro del rango de 1 a 125 HP. El deslizamiento a plena carga es de aproximadamente 3%. Este tipo de motor proporcionará un arranque y una aceleración suave para la mayoría de las cargas y también puede resistir temporalmente picos elevados de carga sin detenerse. Motor de diseño NEMA C Torque alto, deslizamiento nominal normal, corriente de arranque normal. Son motores de inducción con rotor de doble jaula de ardilla, que desarrollan un alto torque de arranque y por ello son utilizados para cargas de arranque pesado. Estos motores tienen un deslizamiento nominal menor que el 5%. Motor de diseño NEMA D Torque alto, alto deslizamiento nominal, baja corriente de arranque. Este motor combina un alto torque de arranque con un alto deslizamiento nominal. Generalmente se presentan dos tipos de diseño, uno con deslizamiento nominal de 5 a 8% y otro con deslizamiento nominal de 8 a 13%. Cuando el deslizamiento nominal puede ser mayor del 13%, se les denomina motores de alto deslizamiento o muy alto deslizamiento (ULTRA HIGH SLIP). El torque de arranque es generalmente de 2 a 3 veces el par nominal aunque para aplicaciones especiales puede ser más alto. Estos motores son recomendados para cargas cíclicas y para cargas de corta duración con frecuentes arranques y paradas. Motores de diseño NEMA F

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica Torque de arranque bajo, corriente de arranque baja, bajo deslizamiento nominal. Son motores poco usados, destinándose a cargas con frecuentes arranques. Pueden ser de altos torques y se utiliza en casos en los que es importante limitar la corriente de arranque.

8. De qué factores depende el rendimiento de los motores trifásicos. Es la relación entre la potencia efectiva bhp y la potencia indicada ihp. Relaciona la energía mecánica disponible en el volante del motor y el trabajo indicado. Cuantifica las pérdidas de energía de origen mecánico como la fricción entre anillos y cilindros, cojinetes y ejes además de la energía necesaria para accionar los elementos propios del motor (sistema de inyección, lubricación, control temperatura, válvulas, etc.). El rendimiento mecánico de un motor varia con la velocidad, disminuye al aumentar la velocidad. Su valor, en condiciones normales de funcionamiento, es del 80 al 90%. ηm = bhp / ihp

9. Confeccionar el circuito equivalente con los valores obtenidos.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica 10. Diagrama circular del un motor asíncrono

Significado de los principales segmentos

IV)

BIBLIOGRAFÍA

 Motores Asíncronos Trifásicos – Departamentos TEAT.  Arranque de Motores Asíncronos Trifásicos con Redes Monofásicas – Departamentos TEAT.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad Ing. Eléctrica y Electrónica Escuela de Eléctrica  Motor Monofásico de Fase Partida – Wikipedia.  Guía Práctica de Capacitación Técnico Comercial – Moto Eléctrico – WEG.  Máquinas Asíncronas – Dr. Miguel Rodríguez Pozueta.

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