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• Alexsander Arellano Caceres

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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ARROLLAMIENTO PARA MÀQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA

INFORME PREVIO N° 1

CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS II PROFESOR: ÑAUPARI HUATUCO, ZÓCIMO/ CÁCERES CARDENAS, VICTOR INTEGRANTE:  ARELLANO CÁCERES, ALEXSANDER

2018-I

20090258G

LA MÁQUINA ASÍNCRONA 1. OBJETIVO: Estudio práctico de los bobinados polifásicos usados en motores asíncronos. Influencia de la distribución de bobinas y análisis del contenido de armónicos que genera un motor.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO: 2.1 Campo Electromagnético Estático Definición: Es un campo electromagnético invariable en el espacio y constante en el tiempo, si se considera solo el armónico fundamental (=1), entonces el campo debe estar distribuido en el espacio cosenoidalmente.

Origen: Se obtiene alimentando con corriente continua a un devanado monofásico ubicado en el estator o en el rotor sin movimiento ( ωmr = 0 )

1r

1s  if 

 if





p  B sf  s   B sf max cos  s  2 

p  B rf  r   B rf max cos  r  2 

B

s f max



o g

 4  N ef  o  g   p s

f

s f max

s Nefs  N sfaseK dev  N sfaseK ps K ds

 y K ps  sen p 2   2

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 s  if  

B rf max 

o g

 o 4  N ef  g   p r

f fr max 

 r  if  

r Nefr  N rfaseK dev  N rfaseK pr K dr

 y K pr  sen p 2   2

Página 2

LA MÁQUINA ASÍNCRONA   sen q p 2  2  K ds    qsen p 2   2

  sen q p 2  2  K dr     qsen p 2   2

2.2 Campo Electromagnético Pulsante Definición: Es un campo electromagnético invariable en el espacio y variable en el tiempo, si se considera solo el armónico fundamental (=1), entonces el campo debe estar distribuido en el espacio cosenoidalmente. Origen: Se obtiene alimentando con corriente alterna a un devanado monofásico ubicado en el estator.

ias  2 I cos( t )

 4N B  s , t   o   ef g   p s

s a

  2 I cos t  cos p  s   2  

p  Bas  s , t   Bas max cos t  cos  s  2 

1 1 cos(   )  cos(   ) se obtienen dos campos 2 2 p giratorios de igual magnitud y en sentidos opuestos, secuencia negativa (  s  t ) y secuencia 2 p positiva (  s  t ). 2 Descomponiendo según: cos  cos  

B s  s , t  

s Bas max p  B p  cos  s   t   a max cos  s   t  2 2 2  2 

B





3 2

s

2

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA 2.3. Campo Electromagnético Giratorio Definición: Es un campo electromagnético variable (móvil o giratorio) en el espacio y variable en el tiempo, si se considera solo el armónico fundamental (=1), entonces el campo debe estar distribuido en el espacio cosenoidalmente. Origen: 1. Se obtiene alimentando con corriente continua a un devanado monofásico ubicado en el rotor con movimiento ( mr  0 ).

r

s

   mr t

1r

1s

r m 0

 if 

p  B rf  r   B rf max cos  r   Estático respecto al rotor 2  p p  B rf  s , t   B rf max cos  r  mr t   Giratorio respecto al estator 2 2 

2. Alimentando con corriente alterna bifásica un devanado bifásico simétrico, ubicado en el estator. ias  2 I cos t



ibs  2 I cos  t  2



 2

B s  s , t  

m 0 4  Nef  2 g   p

B s  s , t  

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 p  2 I cos  s   st   2  

m s p  Bmax cos  s   st  2 2 

Página 4

LA MÁQUINA ASÍNCRONA 3. Alimentando con corrientes alternas trifásicas simétricas a un devanado trifásico simétrico, ubicado en el estator o rotor con o sin movimiento. 2 I cos  t

ias  ibs  ics 

  2 I cos  t  43 

2 I cos  t  23

m s p  Bmax cos  s   st  3 2 

B s  s , t   B

v





3 2

2



s

r v   Dn  30 D m

B s  s , t  

m s p  Bmax cos  s   st  2 2 

El campo para cualquier armónico  será:

Bs ( s , t ) 

m 0 4  N ef  2 g   p

Bs  s , t  

 1  2 I cos(  

p 2

 s   st )

m s  p  Bmax  cos  s   s t  2  2 

m  3    6k  1 k  0,1, 2, 3 , m  2    4k  1

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA

TIPOS DE DEVANADOS 1. Devanado Concentrado (Tipo transformador).- que puede estar ubicado en el rotor o en el estator. tc

bc g gmx

Inductor

s Nefs  N sfaseKdev  N sfaseK ps Kds  1

K ps  1, Kds  1

Aplicación Del Devanado Concentrado: Se utilizan en el sistema de excitación de las máquinas síncronas (rotor o estator), en los estatores (armadura) de las máquinas de corriente continua y las máquinas motores monofásicos de corriente alterna. 2. Devanado Distribuido.- Tipo imbricado y ondulado.

Nb1

Nb2 Nb3

y 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

TIPO IMBRICADO CONEXIÓN POR GRUPOS (p=2) q

q

q

q

q

q

R, U, A

X

S, V, B

T, W, C

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Y

Z

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA Aplicación del devanado imbricado: Son utilizados en el estator y el rotor de las máquinas de corriente alterna (síncrona y asíncrona), en la armadura de la máquina de corriente continua. Número de espiras por bobina. N b1 = N b 2 = N b3 = N b Número de espiras por fase. N sfase = Nbs pq Z mp

Número de ranuras por polo y fase q pm 

Número de bobinas por polo y fase Z Para bobinas de doble capa y p grupos de bobina q= mp Z q=

2 Para bobina de capa simple y p grupos de bobinas mp

3. Devanado Concéntrico.-

Nb1

Nb2 Nb3 y1 y2 y3

1

2

3

4

5

Kd=1, K pi  sen( p 2

6

7

yi ) 2

Si: Nb1  Nb 2  Nb3  ...  Nbi , entonces el número de espiras efectivas se calcula de la siguiente iq

manera N ef  N faseK p  p

N i 1 iq

bi

K pi

N i 1

,

K pi  sen( p 2

bi

Para cualquier armónico  , K pi  sen(

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yi ). 2

p 2

yi ) 2

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA Aplicación del devanado Concéntrico: Estos devanados son utilizados en el estator de los motores monofásicos ( Nb1  Nb 2  Nb3  ...  Nbi ) y trifásicos ( N b1 = N b 2 = N b3 = N b ) de corriente alterna; en el circuito de excitación del generador síncrono de rotor cilíndrico (centrales térmicas). Motor Westinghouse El motor asíncrono que se utiliza para realizar las conexiones tiene un bobinado trifásico tipo imbricado de doble capa, por lo tanto 48 bobinas distribuidas en 48 ranuras (un lado de bobina en la parte inferior y el otro en la parte superior), el paso de bobina es única para cualquier caso y = 1 – 8 (7 ranuras de distancia entre los lados superior e inferior). Cada bobina tiene un número en un extremo y el mismo número aumentado en cien en el otro (lo cual equivale también al mismo número con 1-1’, 2-2’…), lo que significa que los bornes de la primera bobina son 1-101, como se muestra en la siguiente figura:

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA

3. EQUIPO A UTILIZAR: -

Motor Westinghouse (WESCO): “Alternating Current Motor for Winding 1 Amperímetro de pinza 1 Multímetro 1 Analizador de armónicos multifunción, Fluke 39 1 Tacómetro o estroboscopio Extensión trifásica Una llave cuchilla o un interruptor termo magnético 3ϕ 380/220 Cables de conexión

4. PROCEDIMIENTO: 1º CASO: Formar usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifásico simétrico de 2 polos.

Conectar en serie todas las bobinas de una misma fase. Aplicar 220V en conexion estrella.

1.Arrancando el motor en forma directa, medir y anotar en un cuadro tabulado: la velocidad de vacío, la corriente de vacío, la corriente de arranque, sentido de giro del motor y el tiempo de arranque. 2. Analizar el contenido de armónicos de tensión (V) y corriente (I) hasta el armónico v=9, asi como la distorsión armónica total (THD) de ambos, durante la operación del motor en vacío.

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA 2º CASO:

Duplicar el número de polos (de 2 a 4) del motor (conexión de polos consecuentes). Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso

3º CASO:

Formar usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifásico de 4 polos(conexión por polos) balanceados completamente. Conectar en serie todas las bobinas de una misma fase. Aplicar 220V en conexión estrella.

Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.

4º CASO: Conectar el arrollamiento de 4 polos en conexión doble estrella y aplicar una tensión de tal manera que se mantenga 𝑩𝒎𝒂𝒙 constante, respecto a la conexión en estrella simple.

Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA 5. TABLA DE DATOS: Formato de Cuadros 1er caso:

VELOCIDAD DE VACIO

CORRIENTE DEL VACIO

CORRIENTE DE ARRANQUE

TENSIÒN (V)

SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR

TIEMPO DE ARRANQUE

CORRIENTE (I)

2do caso:

VELOCIDAD DE VACIO

CORRIENTE DEL VACIO

CORRIENTE DE ARRANQUE

TENSIÒN (V)

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SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR

TIEMPO DE ARRANQUE

CORRIENTE (I)

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA 3er caso:

VELOCIDAD DE VACIO

CORRIENTE DEL VACIO

CORRIENTE DE ARRANQUE

TENSIÒN (V)

SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR

TIEMPO DE ARRANQUE

CORRIENTE (I)

4to caso:

VELOCIDAD DE VACIO

CORRIENTE DEL VACIO

CORRIENTE DE ARRANQUE

TENSIÒN (V)

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SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR

TIEMPO DE ARRANQUE

CORRIENTE (I)

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