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FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA Sección Electricidad y Electrónica ÁREA DE ELECTRICIDAD Laboratorio de Máquinas Eléctricas

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ÍNDICE 1. Objetivos ........................................................................................................................................... 3 2. Equipos e instrumentos a utilizar .......................................................................................................... 3 3. Fundamento Teórico .............................................................................Error! Bookmark not defined. 4. Realización de los ensayos ................................................................................................................. 3 5. Observaciones ................................................................................................................................. 10 6. Conclusiones ................................................................................................................................... 11 7. Bibliografía ....................................................................................................................................... 11

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1. Objetivos     

Conocer la estructura física de las máquinas asíncronas. Aprender a conectar los bobinados (o devanados) de un motor en estrella (Y) y en triángulo. Estudiar y aplicar los circuitos de arrancadores más usuales para motores de inducción. Saber invertir el sentido de giro del motor. Comprobar el comportamiento del motor en vacío

2. Equipos e instrumentos a utilizar         

1 Multímetro Fluke 189 2 Amperímetros Tacómetro digital 1 Fluke 43 Módulo para el arranque directo Módulo para el arranque estrella / triángulo Módulo para el arranque electrónico (suave) de motor trifásico de jaula de ardilla. Banco de resistencias trifásicas, para el arranque por resistencias rotóricas. Módulo para el arranque de motor de corriente continua.

3. Realización de los ensayos En el presente laboratorio, los ensayos realizados fueron los siguientes: arranque directo de un motor trifásico de jaula de ardilla, arranque estrella/triángulo de un motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla, arranque electrónico de un motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla, arranque de un motor trifásico asíncrono de rotor bobinado y arranque de un motor de corriente continua. Todos los ensayos se realizaron en vacío o sin carga. Para el desarrollo del laboratorio, se realizaron en el siguiente orden: 3.1 Arranque de motor de corriente continua Esta experiencia se realizó con un motor de corriente continua y en dos tipos de conexión que fueron motor de corriente continua tipo excitación independiente y motor de corriente continua tipo serie. Las especificaciones del motor utilizado son las siguientes:

MARCA - ASEA

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KW 1.5

V 220

CL B A 9

IP RPM 1100

IEC 34 - 1

3.1.1 Motor de corriente continua tipo excitación independiente Para realizar esta experiencia, primero se realizó las conexiones como se muestra en la guía, se utilizan las borneras, los conectores, el tablero, el voltímetro, el amperímetro. Luego, se utilizó la tensión de alimentación del módulo de arranque de 220V AC para obtener una fuente constante de tensión alterna. Después, se cierra la llave de alimentación, y se alimenta al tablero y al motor. El control de arranque y velocidad del motor de continua consistió de un DRIVER en el tablero, el cual mediante un potenciómetro permitió arrancar el motor, regulando la tensión de armadura. Al variar la tensión en la armadura, también cambiaba la velocidad del motor.

VAR (V) 50 100 150 220

IA (A) 0.001 0.5 0.7 1

IP (A) 0.7 0.7 0.7 0.7

IL=IA+IF 0.701 1.2 1.4 1.7

N (RPM) 213.9 444.6 668 988.3

Fig1. Diagrama motor CC de excitación independiente

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3.1.2 Motor de corriente continua tipo serie En esta experiencia, primero se armó el circuito mostrado en la guía y se utilizó los mismos componentes anteriores, además de una resistencia de carga variable en el generador trifásico. Se alimentó con tensión alterna constante de 220V AC para el arranque. Antes de encender el tablero, se debe colocar el potenciómetro en la posición de máxima resistencia o su posición inicial. También para esta experiencia, se tuvo el motor de continua acoplado a un generador síncrono trifásico y este a su vez a la resistencia de carga, la cual se varió para el arranque del motor, y para obtener distintas velocidades del arreglo motor/generador. RL (%) 100% 77.78% 66.67%

VCC 184.9 184.9 184.9

IL=IA (A) 9 6.9 6

N (RPM) 850 1131 1325

Fig2. Diagrama motor CC y generador síncrono con carga resistiva

3.2 Arranque de motor trifásico asíncrono de inducción en estrella/triángulo En la presente experiencia, primero se efectuó las conexiones como indica el diagrama de la guía del laboratorio. Se utilizaron voltímetros y amperímetros para hacer las mediciones de corriente y voltaje para obtener la tensión de red y las corrientes de arranque en arreglo estrella y

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delta, y la corriente en el vacío. Se usó un motor de inducción tipo jaula de ardilla con los siguientes parámetros. MARCA CL IP A RPM 7 1150

3˷ HP 3.6

V 380

Hz 60

IEC 6 cos.ɸ -

Luego, se alimentó el tablero con una fuente de corriente alterna de tensión constante de 380V AC. Una vez el tablero alimentado, se pulsó el botón verde y arrancó el motor, luego del arranque y pasado el tiempo de transferencia, se cambió el arreglo de estrella a triángulo mediante los contactores.

Tensión de red VL (V)

Corriente absorbida en el arranque IL (A)

VF (A)

VRS = 394 VNR = VST = 394 VNS = VTR = 394 VNT =

226.8 226.8 226.8

Y IR = Is = IT =

IO (A)

Δ 0.5 0.5 0.5

IR = Is = IT =

Corriente Tiempo del absorbida arranque en el vacío

4.2 4.2 4.2

IR = Is = IT =

2.5 2.5 2.5

T (s) T (IR) = T (IS) = T (IT) =

4 4 4

Velocidad del rotor

Velocidad síncrona

NR (R.P.M)

NS (R.P.M)

1200

1180

Fig3. Diagrama arranque estrella triángulo de motor jaula de ardilla

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3.3 Arranque directo de un motor trifásico asíncrono de inducción jaula de ardilla En esta experiencia, se realizaron las conexiones como indicó el diagrama circuital de la guía, además, se utilizaron los mismos instrumentos de medición que en la experiencia anterior. El motor utilizado en esta experiencia posee las siguientes especificaciones:

HP 2.4

MARCA - SIEMENS CL IP IEC 3˷ V A RPM Hz cos.ɸ 220/380 7.26/4.29 1695 60 -

Se alimentó el tablero con una fuente de corriente alterna de tensión constante de 380V AC con neutro. Una vez realizadas las conexiones, se pulsó el botón verde para arrancar el motor y al mismo tiempo medir los parámetros requeridos. Se observó que la corriente de arranque es mucho mayor que la de vacío en el amperímetro, y se midió la velocidad del motor con un tacómetro. Además, al pulsar el botón rojo, se detuvo la marcha del motor. Además, se experimentó el cambio de giro en un motor de inducción trifásico de jaula de ardilla. Esto se logró intercambiando o permutando dos fases o dos bornes de la red en la línea de alimentación. Tension de red

Corriente de Arranque

VL (V) VRS = 393 VST = 393 VTR = 393

IL (A) IR = 5.5 Is = 5.5 IT = 5.5

Tiempo de arranque T (s) T (IR) = T (IS) = T (IT) =

Corriente Velocidad Velocidad en vacío del rotor síncrona Ns NR I0 (A) (R.P.M) (R.P.M) 1 IR0 = 2.1 1798 1800 1 IS0 = 2.1 2 IT0 = 2.1

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Fig4. Diagrama de arranque directo de un motor trifásico

3.4 Arranque electrónico (suave) de un motor trifásico asíncrono de inducción En esta experiencia, primero se realizó las conexiones al motor y al tablero como muestra la guía del laboratorio. Se utilizó el mismo motor de inducción de la experiencia anterior; es decir, el mismo motor del arranque directo. Además, se utilizaron el voltímetro, amperímetro y un arrancador electrónico, que tenía los siguientes parámetros: Tensión inicial (ubicada en A), Tiempo de arranque (ubicada en E), y Tiempo de parada (ubicada C). Los cuales se ajustaban mediante un potenciómetro cada uno. Estos parámetros se utilizaron para obtener un arranque suave al inicio de la marcha del motor, controlando la tensión entregada al motor, el tiempo de arranque deseado y el tiempo de parada indicados manualmente. Luego, con el tablero conectado a una fuente de tensión alterna de 380V AC, se pulsó el botón verde para arrancar el motor. Se observó que su funcionamiento fue con los parámetros de las condiciones indicadas, se empezó inducir tensión reducida para el arranque hasta la tensión nominal. Se midieron los voltajes y corrientes de arranque, y se midió la velocidad del motor sin carga, luego de que el panel indicara “Full Voltage”, que indicaba que ya se había inducido hasta la tensión nominal.

Tension en Corriente bornes del absorvida en motor el arranque

Tiempo del arranque

VL (V) VRS = 394

T (s) T (IR) = 5

IL (A) IR1 =

5

Corriente Velocidad Velocidad absorvida del rotor síncrona en el vacío Ns NR IO (A) (R.P.M) (R.P.M) 1798 1800 IR = 2

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA Sección Electricidad y Electrónica ÁREA DE ELECTRICIDAD Laboratorio de Máquinas Eléctricas VST = 394 VTR = 394

IR2 = IR3 =

5 5

T (IS) = 5 T (IT) = 5

Is = IT =

2 2

Fig5. Circuito arranque suave de un motor trifásico jaula de ardilla

3.5 Arranque por resistencia rotórica de un motor trifásico asíncrono de rotor bobinado En esta experiencia, se implementó el circuito mostrado en la guía del laboratorio, se conectó el motor trifásico de rotor bobinado a la línea de alimentación 380V AC, para obtener una corriente alterna constante. Además, los anillos deslizantes del rotor se conectaron a resistencias externas para modificar su valor. Una vez realizado las conexiones, se cierra la llave de alimentación para arrancar el motor. El arranque del motor de rotor bobinado se realizó variando la resistencia externa de los anillos deslizantes, ya que al aumentar su valor, se limitó la corriente y se incrementó el torque de arranque, para así obtener una menor corriente de arranque. Una vez el motor empezó su movimiento, se redujo el valor de las resistencias hasta que quedaron anuladas, y dejaron de tener efecto sobre el motor. Finalmente, se realizó las medidas requeridas y se obtuvo la tensión de línea, la corriente absorbida por el estator y el rotor, la corriente de vacío en el estator, el tiempo de arranque y la velocidad del rotor, medida con un tacómetro.

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA Sección Electricidad y Electrónica ÁREA DE ELECTRICIDAD Laboratorio de Máquinas Eléctricas Corriente Tension de absorvida en red el arranque (estator) VL (V) VRS = 397 VST = 397 VTR = 397

IL (A) IR = 4 Is = 4 IT = 4

Corriente absorvida en el vacío (estator) IO (A) IR = 2 Is = 2 IT = 2

Tiempo del arranque T (s) T (IR) 1 T (IS) 1 T (IT) 1

Corriente absorvida en el arranque del rotor IR (A) IR1 = IR2 = IR3 =

6 6 6

Velocidad Velocidad síncrona del rotor

Ns (R.P.M)

NR (R.P.M)

1800

1750

Fig6. Circuito arranque de un motor trifásico de rotor bobinado

4. Observaciones 

Cuando en el instante de arranque se usó un amperímetro de pequeña escala (respetando el máximo admisible) la corriente tiende a desfasarse por encima de la corriente máxima que puede medir dicho amperímetro.



Podemos notar que con el arranque estrella/triángulo preveremos el sobrecalentamiento del conductor y por lo tanto se reduce su desgaste.



Cabe aclarar que en el caso del ensayo de arranque suave los valores obtenidos de VL y IL ambos son los máximos, pues el tiempo en el arranque es muy corto que con los

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instrumentos de medición del ensayo no se alcanza a registrar los valores de arranque reales. Esto porque el valor en el arranque de VL debe ser 320v y el valor de IL