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• Estiven Mariscal

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LABORATORIO N°8 ENSAYO EN VACIO DE MOTOR ASINCRONO 1.- OBJETIVOS Los objetivos del siguiente laboratorio son:     

Elementos importantes del motor de inducción. Conocer el principio de funcionamiento del motor de inducción. Conocer el circuito equivalente del motor de inducción. Conocer como se realiza el ensayo en vacio del motor de inducción. Determinar los valores magnéticos del motor de inducción.

2.- MARCO TEORICO 2.1. El motor de inducción El motor de inducción recibe este nombre debido a que igual que el trafo opera bajo el principio de inducción electromagnética. Debido a que este tipo de motores no llega a trabajar a si velocidad síncrona, también se conocen como motores asíncronos. Por el número de fases se clasifican en general como: trifásicos, bifásicos y monofásicos. Por el tipo de rotor pueden ser: de rotor devanado de rotor de jaula de ardilla. Por lo general, se fabrican de vario polos de acuerdo a la frecuencia y a la velocidad de operación.

2.2. Elementos importantes que constituyen un motor de inducción Un motor de inducción está constituido fundamentalmente por los siguientes elementos: estator, rotor, carcasa, y auxiliares como tapas anteriores y posteriores, rodamientos, ventiladores, tornillos de sujeción, caja de conexiones, base y soporte. La constitución de la máquina de inducción trifásica, en cuanto al rotor y estator, se resume de la siguiente manera:

Estator

Devanado trifásico, distribuido en ranuras a 120°

Tienen tres devanados. Estos devanados están desfasados 2/(3P), siendo P el numero de pares de polos

Bobinado

Rotor devanado: los devanados del rotor son similares a los del estator con el que está asociado. El numero de fases del rotor no tiene porqué ser el mismo que el del estator, lo que tuene que ser igual es el numero de polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje

Jaula de ardilla

Los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del rotor con el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora las propiedades de arranque y disminuye los ruidos.

Rotor

2.3. Principio de funcionamiento del motor asíncrono El principio de funcionamiento del motor de inducción asíncrono, se muestra en el siguiente cuadro: Principio de funcionamiento del motor asíncrono Campo magnético giratorio en el estator El campo magnético induce f.e.m. en el rotor. Circulan corriente por el rotor Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator Par en el rotor: el rotor gira El rotor gira a una velocidad nm inferior a la velocidad de sincronismo nsinc pues en caso contrario no se induciría una f.e.m. en el rotor y por lo tanto no habría par motor

2.4. Conceptos importantes sobre los motores de inducción La velocidad de rotación del campo magnético esta dado por: 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 =

120𝑓𝑒 𝑃

Donde 𝑓𝑒 es la frecuencia del sistema en hertz y P es el número de polos en la maquina. Se expresa la velocidad mecánica del eje del rotor en términos de la velocidad síncrona y del deslizamiento. 𝑛𝑚 = (1 − 𝑠)𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 El deslizamiento se define como: 𝑠= En porcentaje se tendrá: 𝑠=

𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 − 𝑛𝑚 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐

𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 − 𝑛𝑚 100% 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐

La frecuencia en el rotor se puede expresar como: 𝑓𝑟 = 𝑠𝑓𝑒 𝑓𝑟 = 𝑓𝑟 =

𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 − 𝑛𝑚 𝑓𝑒 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐

𝑝 (𝑛 − 𝑛𝑚 ) 120 𝑠𝑖𝑛𝑐

El par de carga aplicado al eje está dado por: 𝑟𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 =

𝑝𝑠𝑎𝑙 𝜔𝑚

En función a las anteriores ecuaciones, si 𝑛𝑚 =0, la frecuencia en el rotor es 𝑓𝑟 = 𝑓𝑒 y el deslizamiento s=1, por lo que el rotor esta inmóvil. Si 𝑛𝑚 = 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 , la frecuencia en el rotor es 𝑓𝑟 =0, y el deslizamiento s=0, por lo q el rotor opera en vacio. 2.5. Circuito equivalente de un motor de inducción Los motores de inducción dependen para su operación de la inducción de voltajes i corrientes en el circuito del rotor desde el circuito del estator (acción transformadora). Puesto que la inducción de voltajes y corrientes en el circuito del rotor de un motor de inducción es esencialmente una operación transformadora, el circuito equivalente de un motor de inducción será similar al circuito equivalente de un trafo. En un motor de inducción cuando se aplica voltaje a los devanados del estator, se induce un voltaje en los devanados del rotor de la maquina. El circuito equivalente de una fase será:

Por lo que se tendrá el siguiente circuito aproximado:

Donde R es la resistencia dinámica que produce la carga mecánica (rotor) del motor de inducción, por lo tanto: 𝑅2∙ (𝑠 − 1) 𝑅= 𝑠 𝑅2∙ 𝑅= − 𝑅2∙ 𝑠 𝑅2∙ ∙ 𝑅2 + 𝑅 = 𝑠 Donde la potencia desarrollada por el rotor, tiene la siguiente relación. 𝑃𝑟 = 3(𝐼2∙ )2

𝑅2∙ (1 − 𝑠) 𝑠

2.6. Ensayo en vacio o de rotor libre Consiste en hacer funcionar el motor sin ninguna carga mecánica en el eje, es decir, la maquina trabaja a rotor libre. El circuito equivalente es como sigue:

En vacio: 𝑛𝑚 ≅ 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 Por lo que el deslizamiento: 𝑠=1 Y la resistencia dinámica será: 𝑅=

𝑅2∙ (1 − 1) = ∞ 1

Por lo que: 𝛾2 = 0 En estas circunstancias la potencia P0 consumida por el motor es:

𝑃0 = 𝑃𝑐𝑢1 + 𝑃𝐹𝑒 + 𝑃𝑃𝑒𝑟𝑑.𝑀𝑒𝑐 𝑃𝑐𝑢1