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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN “FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS” ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CURSO: Laboratorio de Máquinas Eléctricas 2 TEMA: Ensayo de circuito abierto y rotor bloqueado en el motor asíncrono trifásico DOCENTE: Ing. Luis Chirinos ALUMNO: Medina Gutierrez, Jorge Arturo

Arequipa – Perú 2017

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 Ensayo de circuito abierto y rotor bloqueado en el motor asíncrono trifásico

Laboratorio N ° 8 Ensayo de circuito abierto y rotor bloqueado en el motor asíncrono trifásico 1. Objetivo El alumno deberá determinar los parámetros del circuito equivalente del motor asíncrono trifásico de inducción aplicando los ensayos de vacío y de rotor bloqueado, comparar los resultados con el circuito equivalente del transformador.

2. Marco Teórico Los ensayos del motor asíncrono permiten determinar los parámetros del circuito equivalente de la máquina. De forma similar al transformador, existen dos tipos de pruebas denominadas: a) ensayo de vacío y b) ensayo de rotor bloqueado. 2.1.

Ensayo de vacío o de rotor libre En este caso, el voltaje nominal se aplica sobre los devanados del estator y el motor trabaja libremente sin carga alguna. Por tanto, esta prueba es semejante a la de circuito abierto en el transformador, excepto que la pérdida por fricción y viento están asociadas con un motor de inducción. Como el deslizamiento es cercano a cero, la impedancia del circuito del rotor es casi infinita. En la figura 2 se muestra el circuito equivalente aproximado por fase del motor con el circuito del rotor abierto. Sean Poc, Ioc y Voc la potencia de entrada, la corriente de entrada y el voltaje nominal aplicado por fase en condiciones sin carga.

Figura 1. Conexiones típicas para realizar pruebas a un motor de inducción trifásico

Figura 2. Circuito equivalente aproximado por fase de un motor de inducción en la situación sin carga

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LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 Ensayo de circuito abierto y rotor bloqueado en el motor asíncrono trifásico La resistencia se calcula de la siguiente manera: 𝑉𝑜𝑐2 𝑅𝑐 = 𝑃𝑜𝑐 El factor de potencia del ensayo de vacío es: 𝑃𝑜𝑐 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑜𝑐 = 𝑉𝑜𝑐 𝐼𝑜𝑐 Luego, la reactancia magnetizante se puede calcular: 𝑉𝑜𝑐 𝑋𝑚 = 𝐼𝑜𝑐 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑜𝑐 2.2.

Ensayo de rotor bloqueado Esta prueba es muy parecida a la prueba en cortocircuito de un transformador. En este caso, el rotor se mantiene estacionario aplicando al eje un par externo. El devanado de campo del estator se conecta a un suministro trifásico variable. El voltaje se incrementa cuidadosamente desde cero hasta un nivel en el que el motor tome la corriente nominal. En este momento, se registran las lecturas de la corriente de línea, el voltaje aplicado de línea y la potencia de entrada usando el método de dos vatímetros como se ilustra en la figura 1. Puesto que la impedancia del circuito del rotor es relativamente pequeña en condiciones de rotor bloqueado (s=1), el voltaje aplicado es considerablemente menor que el voltaje especificado del motor. Luego, la corriente de excitación es muy pequeña y puede despreciarse. De acuerdo con este supuesto, en la figura 3 se muestra el circuito equivalente aproximado del motor por fase. Sean Vbr, Ibr y Pbr, el voltaje aplicado, la corriente nominal y la potencia de entrada por fase en condiciones de rotor bloqueado; luego. 𝑍𝑒 = 𝑅𝑒 + 𝑗𝑋𝑒 𝑃𝑏𝑟 2 𝐼𝑏𝑟 Como R1 es un valor conocido, midiendo la resistencia del estator, la resistencia equivalente del rotor es: 𝑅𝑒 =

𝑅2 = 𝑅𝑒 − 𝑅1 Sin embargo, 𝑍𝑒 =

𝑉𝑏𝑟 𝐼𝑏𝑟

Por tanto, 𝑋𝑒 = √𝑍𝑒2 − 𝑅𝑒2 Para todo fin práctico, las reactancias se suponen iguales. 𝑋1 = 𝑋2 = 0.5𝑋𝑒

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Figura 3. Circuito equivalente aproximado por fase de un motor de inducción en la situación de rotor bloqueado.

3. Elementos a utilizar     

Multímetro Auto transformador trifásico Vatímetro trifásico Motor asíncrono trifásico Amperímetro

4. Procedimiento de ejecución a) Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida).

Z X Y

Figura 4. Motor utilizado en el desarrollo de este laboratorio y esquema de conexiones

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Datos de placa del motor Datos de placa del motor Potencia 0.75 kW Conexión Y/Δ Tensión 380 / 220 V Corriente 1.9 / 3.3 A Velocidad 1420 rpm Factor de 0.78 potencia Frecuencia 50 Hz

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Resistencia de las bobinas del estator

Resistencias de las bobinas del estator Rux 9.8 Ω Rvy 10 Ω Rwz 9.9 Ω Rprom 9.9 Ω

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Ensayo de vacío y rotor bloqueado

Figura 5. Conexiones para los ensayos de vacío y rotor bloqueado

Ensayo de vacío (por fase) Vn 220 V Io 1.2 A Po 42 W

Ensayo de rotor bloqueado (por fase) Vrb 50 V In 1.9 A Prb 58 W

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Figura 6. Circuito montado en el laboratorio

5. Cuestionario 1. Determine los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción en la condición de vacío

2. Describe la forma de separar las pérdidas rotacionales del motor, en el ensayo de vacío Las pérdidas mecánicas se darán a: 𝑃𝑠 = 3 ∗

𝑅′ 2 𝑠

∗ 𝐼′22

: Potencia que atraviesa el entrehierro

1−𝑠 ) ∗ 𝐼′22 𝑠

𝑃𝑒𝑚 = 3 ∗ 𝑅 ′ 2 (

: Potencia que atraviesa el entrehierro y produce trabajo

𝑃𝑒𝑚 = 𝑃𝑠 − 𝑃𝑐𝑢2 𝑃𝑒𝑚 = 𝑃𝑠 − 𝑃𝑐𝑢2 = 𝑃𝑠 − 𝑠𝑃𝑠

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LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 Ensayo de circuito abierto y rotor bloqueado en el motor asíncrono trifásico 𝑃𝑒𝑚 = (1 − 𝑠)𝑃𝑠 𝑃𝑒𝑚 = 𝑃𝑠 − 𝑠𝑃𝑠 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 (𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑠) = 𝑠𝑃𝑠 El deslizamiento nos indicara las perdidas mecánicas (rotacionales) en el motor, estas pérdidas tendrán que ser restadas a la potencia total hallada en el ensayo de vacío. 3. De acuerdo a los registros de los instrumentos determinar los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción con el rotor bloqueado.

4. Determinar el deslizamiento del motor en la prueba de vacío y graficar el circuito equivalente por fase para esta condición de operación 𝑛𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 = 1420 𝑟𝑝𝑚 𝑛𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 = 1815 𝑟𝑝𝑚 (Medido con el tacómetro en vacío) 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 60 120 ∗ 60 𝑝 = = 4.225 ≅ 4 1420 120 ∗ 60 𝑛 = = 1800 4 1815 − 1800 𝑆 = = 𝟎. 𝟎𝟎𝟖 1815

Figura 6. Circuito equivalente por fase del motor asíncrono ensayado

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LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 Ensayo de circuito abierto y rotor bloqueado en el motor asíncrono trifásico Datos del circuito equivalente: 𝑋𝑢 = 185.698 Ω 𝑅𝐹𝑒 = 1152 Ω 𝑅1 = 9.9 Ω 𝑋1 = 10.421 Ω 𝑅2′ = 6.166 Ω 𝑋2′ = 10.421 Ω

6. Observaciones y Conclusiones  Utilizamos un motor con conexión estrella-delta, los ensayos se realizaron en la conexión estrella con el fin de realizar el circuito equivalente por fase.  En el ensayo de vacío no solo se mide la potencia en el núcleo sino también las pérdidas rotacionales (mecánicas), por lo que es necesario separarlas, para calcular correctamente los parámetros.  Por otro lado, el ensayo de rotor bloqueado permite calcular las pérdidas variables, es decir en los devanados del rotor y estator.  Para determinar el circuito equivalente por fase del motor, podemos utilizar cualquiera de las configuraciones del motor, es decir podemos hacerlo en estrella o delta, teniendo en cuenta la corriente y el voltaje que se aplica a cada uno.  El circuito equivalente del motor asíncrono por fase es similar al circuito equivalente de un transformador.  La carga mecánica se representa en función del deslizamiento en el circuito equivalente por fase del motor.

7. Bibliografía     

Bhag S. Guru (2003). Máquinas Eléctricas y Transformadores. México Fraile Mora, J. (2003). Máquinas Eléctricas. Madrid, España Fitzgerald, A.E., Charles K., Umans, S. D. Máquinas Eléctricas. http://motores.nichese.com/inversiongiro.htm http://ingenieriaelectricafravedsa.blogspot.pe/2014/12/ensayo-vaciomotor-asincrono.  http://ingenieriaelectricafravedsa.blogspot.pe/2015/01/ensayo-decortocircuito-motor-asincrono.html  http://ocw.uc3m.es/ingenieria-electrica/maquinas-electricas-de-corrientealterna/material-de-clase-1/capitulo-ii-maquina-asincrona

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