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• Plinio Yauri Castillo

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“UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN”

FACULTAD: “Ingeniería de Producción y Servicios” ESCUELA PROFESIONAL: Ingeniería Eléctrica CURSO: “Laboratorio de Maquinas 2” TEMA: RECONOCIMIENTO DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO Y ELABORAR EL CIRCUITO DE ARRANQUE

PERTENECE A: García Colque Wilson Marco Roberto CUI: 20122548 DOCENTE: Ing. Luis Chirinos GRUPO: “D” AREQUIPA-PERÚ 2016

RECONOCIMIENTO DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO Y ELABORAR EL CIRCUITO DE ARRANQUE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA CURSO: LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS 2

GUIA DE LABORATORIO

RECONOCIMIENTO DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO Y ELABORAR EL CIRCUITO DE ARRANQUE CON CONTACTORES.

1.-OBJETIVO: Revisar, estudiar y aplicar la teoría estudiada para reconocer y

ubicar a los diferentes componentes de las maquinas asíncronas trifásicas, tomando lectura de las resistencias internas con el instrumento adecuado. Aplicar la teoría estudiada para elaborar el esquema de instalación y realizar el montaje del circuito correspondiente utilizando contactores, para la operación de un motor asíncrono trifásico. Medir la corriente que toma en el arranque y la corriente de operación normal.

2.-FUNDAMENTO TEÓRICO

MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación o para todo o parte de la energía transferida del estator al rotor, como en los universales, DC y motores grandes síncronos. El primer prototipo de motor eléctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers(en español, Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, actualmente IEEE) en 1888. El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º,

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se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday: La diferencia entre el motor a inducción y el motor universal es que en el motor a inducción el devanado del rotor no está conectado al circuito de excitación del motor sino que está eléctricamente aislado. Tiene barras de conducción en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periferia. Las barras están conectadas con anillos (en cortocircuito como dicen los electricistas) a cada extremidad del rotor. Están soldadas a las extremidades de las barras. Este ensamblado se parece a las pequeñas jaulas rotativas para ejercitar a mascotas como hámsters y por eso a veces se llama "jaula de ardillas", y los motores de inducción se llaman motores de jaula de ardilla.

Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento o resbalamiento.

CONSTITUCION DEL MOTOR ASINCRONO La parte fija del circuito magnético (estator) es un anillo cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo envuelve. La carcasa tiene una función puramente protectora. En la parte interior del estator van dispuestos unas ranuras donde se coloca el bobinado(correspondiente). En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. En su periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. El entrehierro de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible.

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TIPOS DE CONSTRUCCION El motor de jaula de ardilla consta de un rotor constituido por una serie de conductores metálicos (normalmente de aluminio) dispuestos paralelamente unos a otros, y cortocircuitados en sus extremos por unos anillos metálicos, esto es lo que forma la llamada jaula de ardilla por su similitud gráfica con una jaula de ardilla. Esta 'jaula' se rellena de material, normalmente chapa apilada. De esta manera, se consigue un sistema n-fásico de conductores (siendo n el número de conductores, comúnmente 3) situado en el interior del campo magnético giratorio creado por el estátor, con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz, simple, y muy robusto (básicamente, no requiere mantenimiento al carecer de escobillas). El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estator, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, normalmente es como la posibilidad de utilizar un reostato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque. En cualquiera de los dos casos, el campo magnético giratorio producido por las bobinas inductoras del estátor genera unas corrientes inducidas en el rotor, que son las que producen el movimiento.

FUNCIONAMIENTO El motor asincrónico funciona según el principio de inducción mutua de Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras, se produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya frecuencia será igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor. Este campo al girar alrededor del rotor en estado de reposo, inducirá corrientes en el mismo, que producirán a su vez un campo magnético que seguirá el movimiento del campo estatórico, produciendo una cupla o par motor que hace que el rotor gire (principio de inducción mutua). No obstante, como la inducción en el rotor sólo se produce si hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatórico y el rotórico, la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante. De lo contrario, si ambas velocidades fuesen iguales, no habría inducción y el rotor no produciría par. A esta diferencia de velocidad se la denomina "deslizamiento" y se mide en términos porcentuales, por lo que ésta

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es la razón por la cual a los motores de inducción se los denomina asincrónicos, ya que la velocidad rotórica difiere lévemente de la del campo rotante. El deslizamiento difiere con la carga mecánica aplicada al rotor, siendo máximo con la máxima carga aplicada al mismo. Sin embargo, a pesar de esto, el motor varía poco su velocidad, pero el par motor o cupla aumenta (y con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que son motores de velocidad constante. Eléctricamente hablando, se puede definir al motor asincrónico como un Transformador eléctrico cuyos bobinados del estator representan el primario, y los devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito. En el momento del arranque, producto del estado de reposo del rotor, la velocidad relativa entre campo estatórico y rotórico es muy elevada. Por lo tanto, la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone siempre al del estator) es máximo. Como consecuencia, la impedancia del estator es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta, pudiendo llegar a valores de hasta 7 veces la intensidad nominal. Este valor no hace ningún daño al motor ya que es transitorio, y el fuerte par de arranque hace que el rotor gire enseguida, pero causa bajones de tensión abruptos y momentáneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las lámparas lo cual es molesto, y puede producir daños en equipos electrónicos sensibles. Los motores de inducción están todos preparados para soportar esta corriente de arranque, pero repetidos y muy frecuentes arranques sin períodos de descanso pueden elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida útil de los devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento. Por eso se utilizan en potencias medianas y grandes, dispositivos electrónicos de "arranque suave", que minimizan la corriente de arranque del motor. Al ganar velocidad el rotor, la corriente del mismo disminuye, el flujo rotórico también, y con ello la impedancia de los devanados del estator, recordemos que es un fenómeno de inducción mutua. La situación es la misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de CA y luego con una resistencia variable intercalada ir aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la intensidad nominal del secundario. Por ende, lo que sucede en el circuito estatórico es un reflejo de lo que sucede en el circuito rotórico.

3.-ELEMENTOS A UTILIZAR: Para los fines del ensayo se utlizará: * Multimetro * Puente de reistencias

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* Megometro * Motor asíncrono trifásico 4.-PROCEDIMIENTO DE EJECUCION: 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).

* MOTOR ASINCRONO JAULA DE ARDILLA DE 9 TERMINALES CONEXIÓN Y-Y

4

5

6

7

8

9

1

2

3

Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la resistencia de aislamiento del estator. Registrar los datos de placa. BOBINA

RESISTENCIA (OHMIOS)

L1-4

6.2

L2-5

6.2

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L3-6

6.2

L7-8

11.6

L8-9

11.9

L7-9

11.6

Resistencia de Aislamiento del Estator infinito

DATOS DE PLACA

5.- CUESTIONARIO DE EVALUACION: 5.1.- Defina la función de cada componente ubicado en el motor ensayado. Motor trifásico. Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas

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-Estátor: es la parte fija del motor, está compuesta por la carcasa de acero que contiene al núcleo magnético del devanado estatórico o inductor. Esta carcasa sirve para proteger y disipar el calor generado dentro del motor a través de sus aletas. El núcleo estatórico está compuesto por un conjunto de chapas de hierro apiladas, formado un cilindro hueco, en cuyo interior se alojará el rótor. En el interior de de este núcleo se han practicado un conjunto de ranuras donde se bobinan el devanado inductor.

- Rótor: es la parte móvil del motor. Acoplado al eje se sitúa el núcleo rotórico, en cuya superficie de alojan cierto número de barras conductoras cortocircuitadas en sus extremos mediante anillos conductores. Este tipo de rótores se llaman de jaula de ardilla. El eje de giro se sujeta a la carcasa mediante unos cojinetes o rodamientos, y transmiten el par de fuerzas a la carga mediante una transmisión mecánica de tipo engranaje, correa, o cadena, con embrague y/o freno mecánico. La transmisión hace la función de reductor de velocidad, adecuando la velocidad del motor a la velocidad de la carga.

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- Refrigeración: si acoplamos un ventilador al eje de giro, éste refrigerará al motor cuando gire, evacuando el calor al exterior, esto se llama auto-ventilación. También existen motores con ventilación forzada, si el ventilador tiene su propio motor, o refrigerados con agua, aceite, …

- Caja de bornes: Aloja a los terminales de los devanados estatórios para su conexión a la alimentación

Entrehierro: Es el espacio de aire que separa el estátor del rótor. Debe ser lo más reducido posible para minimizar los flujos de dispersión y reducir la relutancia del circuito magnético (el aire conduce peor el flujo magnético que el hierro).

5.2.- De los valores registrados de resistencia de aislamiento y resistencia interna de las bobinas haga la evaluación correspondiente y determine si son los adecuados, explique ¿por qué?

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Al medir el aislamiento en el motor, se obtuvo como dato una elevada resistencia, aproximada al infinito, la cual señala que el aislamiento del motor se encuentra en buenas condiciones. Al medir las resistencias de cada bobina del estator se obtuvieron los siguientes datos:

BOBINA

RESISTENCIA (OHMIOS)

L1-4

6.2

L2-5

6.2

L3-6

6.2

L7-8

11.6

L8-9

11.9

L7-9

11.6

Las resistencias de las termianles se encuntran bajo el rango indicado. Si los resultados son menores o mayores, hay un problema y puede haber un corto o una falla en el bobinado.

5.3.- De acuerdo al Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama unifilar completo de instalación del motor asíncrono trifásico para operar con las protecciones adecuadas, en arranque directo.

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5.4.-Enuemere las diferencias operativas y constructivas entre un motor trifásico que tienen sus devanados del estator en conexión estrella y otro que tenga los devanados en conexión delta. Los motores asíncronos trifásicos son motores bitensión, puede conectarse a dos tensiones de red diferentes, 220/380 V. La tensión menor indica la tensión de fase nominal, osea, la máxima tensión a aplicar al bobinado. Un exceso de tensión puede provocar perforaciones en el aislamiento y/o sobrecalentamiento, reduciendo drásticamente la vida útil. Una tensión demasiado pequeña reduce en un tercio potencia útil del motor. Así, ante una red con la tensión menor conectaremos el motor en triángulo, y ante una red con la tensión mayor lo conectaremos en estrella. Ventajas de Y sobre delta Mientras que la conexión estrella es ciertamente susceptible a fallar y quedar desconectada, también permite que circule una pequeña corriente a través del cable. Por lo tanto, se necesita un calibre menor del cable. Esto puede no parecer una gran consideración, pero cuando se utilizan miles de pies de cable, aún una ligera diferencia en el espesor del cable puede traducirse en cientos de libras de cobre. Ventajas de la conexión Delta por sobre la Y Como fue indicado, la ventaja primaria de la conexión delta es la habilidad de no afectar significativamente al sistema aún si una de las fuentes falla y queda desconectada o es apagada. Por esta razón, las configuraciones delta son consideradas más confiables, aunque son generadas corrientes de línea de mayor intensidad.

5.5.- Si el motor analizado operaría con un variador de frecuencia, que restricciones pondría para que el motor mantenga sus características que operativas. La velocidad de operación de un motor de inducción puede incrementarse o disminuirse aumentando o reduciendo la frecuencia de la fuente del voltaje aplicado. Este método permite obtener una amplia variación de la velocidad de trabajo de un motor de inducción. La única exigencia es que debe disponerse de un suministro con frecuencia variable. Para mantener constante la densidad del flujo y de ese modo desarrollar el par máximo, el voltaje aplicado debe variar en proporción directa a la frecuencia. Esto se debe a que la fem inducida en el devanado del estator es directamente proporcional a la frecuencia.

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6.-OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: El motor utilizado en esta sesión de laboratorio es de tipo jaula de ardilla. Tiene 9 terminales, la configuración que utilizamos fue Y-Y en paralelo ya que se arrancó con 220V. Los motores trifásicos no necesitan bobina de arranque y por lo tanto tampoco capacitores y mucho menos interruptores centrífugos que son comunes en los motores monofásicos. Por lo que al ser más sencillos necesitan menos mantenimiento. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas, pues son sencillas, seguras y baratas. Para efectuar la inversión del sentido de giro, se debe cambiar el sentido de giro del campo magnético rotante, para lo cual se debe proceder a cambiar la secuencia de alimentación, invirtiendo la conexión de dos de las fases.

7.-BIBLIOGRAFIA: Maquinas Eléctricas y transformadores – Bhag Guru, Huseyin Hiziroglu file:///C:/Users/nikee/Downloads/Motor%20trif%C3%A1sico%20de%20inducci% C3%B3n%20(1).pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncrono http://www.ecured.cu/Motor_el%C3%A9ctrico_trif%C3%A1sico http://grupos.emagister.com/debate/identificacion_motor_trifasico_9_terminales /6583-209486