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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE ELECTROTECNIA Y COMPUTACION CURSO DE MAQUINAS ELECTRICAS II

PREGUNTAS

6-5. ¿Qué elemento del circuito equivalente tiene el control más directo sobre la velocidad en la que se presenta el par máximo?

6-6. ¿Qué es un rotor de barra profunda? ¿Por qué se utiliza? ¿Qué clase(s) de diseño NEMA se puede(n) construir con él?

6-17. ¿Qué acciones se toman para mejorar el funcionamiento de los modernos motores de inducción de alta eficiencia?

6-18. ¿Qué controla el voltaje en los terminales de un generador de inducción aislado?

6-19. ¿En qué se utiliza normalmente un generador de inducción?

6-7. ¿Qué es un rotor de doble jaula? ¿Por qué se utiliza? ¿Qué clase(s) de diseño NEMA se puede(n) construir con él?

6-8. Describa las características y usos de los motores de inducción con rotor devanado y de cada motor de jaula de ardilla de clase de diseño NEMA.

6-20. ¿Cómo se puede utilizar un motor de inducción con rotor devanado para cambiar la frecuencia? 6-21. ¿Cómo afectan los diferentes patrones de voltaje-frecuencia las características par-velocidad de un motor de inducción?

6-22. Describa las principales características del controlador de motor de inducción en estado sólido que se muestra en la sección 6.10. 6-9. ¿Por qué es tan baja la eficiencia de un motor de inducción (con rotor devanado o de jaula de ardilla) ante deslizamientos altos?

6-23. Se producen dos motores de inducción de 480 V y 100 hp. Uno se diseña para una operación de 50 Hz y el otro para una operación de 60 Hz, pero en todo lo demás son similares. ¿Cuál de los dos es más grande?

6-10. Mencione y describa cuatro maneras de controlar la velocidad de un motor de inducción.

6-11. ¿Por qué es necesario reducir el voltaje que se aplica a un motor de inducción cuando se reduce la frecuencia eléctrica? 6-12. ¿Por qué el control de velocidad por variación de voltaje en los terminales está limitado al intervalo de operación?

6-13. ¿Qué son los factores de código de arranque? ¿Qué nos dicen sobre la corriente de arranque de un motor de inducción?

6-24. Un motor de inducción opera bajo condiciones nominales. Si la carga en el eje se incrementa, ¿cómo cambian las siguientes cantidades? a) b) c) d) e) f) g)

Velocidad mecánica Deslizamiento Voltaje inducido en el rotor Corriente del rotor Frecuencia del rotor PPCR Velocidad síncrona

6-14. ¿Cómo funciona el circuito de arranque resistivo de un motor de inducción?

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PROBLEMAS 6-12. La potencia a través del entrehierro de un motor de inducción de 60 Hz, cuatro polos, es de 25 kW, y la potencia convertida de eléctrica a mecánica en el motor es de 23.2 kW. a) ¿Cuál es el deslizamiento del motor en este momento? b) ¿Cuál es el par inducido en este motor? c) Suponiendo que las pérdidas mecánicas son de 300 W con este deslizamiento, ¿cuál es el par de carga de este motor?

6-15. Un motor de inducción de 460 V, 60 Hz, con cuatro polos, conectado en Y, tiene una capacidad nominal de 25 hp. Los parámetros del circuito equivalente son R1

0.15

X1

0.852

PFyR

400 W

R2

0.154

X2

1.066

Pmisc

150 W

XM Pnúcl

20 400 W

Dado un deslizamiento de 0.02, encuentre a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l)

La corriente de línea IL El factor de potencia del estator El factor de potencia del rotor La frecuencia del rotor Las pérdidas en el cobre del estator PPCE La potencia en el entrehierro PEH La potencia convertida de forma eléctrica a mecánica Pconv El par inducido tind El par de carga tcarga La eficiencia general de la máquina h La velocidad del motor en revoluciones por minuto y radianes por segundo ¿Cuál es la letra de código de arranque de este motor?

6-16. En el caso del motor del problema 6-15, ¿cuál es el par máximo? ¿Cuál es el deslizamiento con el par máximo? ¿Cuál es la velocidad del rotor con el par máximo?

6-17. Si el motor del problema 6-15 se opera con una fuente de potencia de 460 V y 50 Hz, ¿cuál sería el par máximo? ¿Cuál sería el deslizamiento con el par máximo?

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6-21. Un motor de inducción de 460 V, 10 hp, cuatro polos, conectado en Y, con aislamiento clase F, y factor de servicio 1.15 tiene los siguientes parámetros: R1

0.54

X1

2.093

PFyR

150 W

R2

0.488

X2

3.209

Pmisc

50 W

XM Pnúcl

51.12 150 kW

En caso de un deslizamiento de 0.02, encuentre: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o)

La corriente de línea, IL El factor de potencia del estator El factor de potencia del rotor La frecuencia del rotor Las pérdidas en el cobre del estator PPCE La potencia en el entrehierro PEH La potencia convertida de forma eléctrica a mecánica Pconv El par inducido tind El par de carga tcarga La eficiencia general de la máquina h La velocidad del motor en revoluciones por minuto y radianes por segundo Trace el diagrama de flujo de potencia para este motor ¿Cuál es la letra de código de arranque de este motor? ¿Cuál es la máxima elevación de temperatura aceptable en este motor, dada su clase de aislamiento? ¿Cuál es el factor de servicio de este motor?

6-24. Responda las siguientes preguntas sobre el motor del problema 6-21. a) Si se hace arrancar el motor con un bus infinito de 460 V, ¿cuánta corriente fluirá en el motor en el arranque? b) Si se utiliza una línea de transmisión con una impedancia de 0.50 1 j0.35 V por fase para conectar el motor de inducción al bus infinito, ¿cuál será la corriente de arranque del motor? ¿Cuál será el voltaje en los terminales del motor en el arranque? c) Si se conecta un autotransformador reductor ideal de relación 1.4:1 entre la línea de transmisión y el motor, ¿cuál será la corriente en la línea de transmisión durante el arranque? ¿Cuál será el voltaje, en el extremo del motor, de la línea de transmisión durante el arranque?

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PROBLEMAS 6-25. En este capítulo se estudió que se puede utilizar un autotransformador para reducir la corriente de arranque que toma un motor de inducción. Aun cuando esta técnica funciona, un autotransformador es relativamente caro. Una manera mucho menos cara de reducir la corriente de arranque es utilizar un dispositivo llamado arrancador Y-D (descrito antes en este capítulo). Si un motor de inducción está normalmente conectado en D, se puede reducir su voltaje de fase Vf (y por lo tanto su corriente de arranque) simplemente conectando los devanados del estator en Y durante el arranque y luego restaurando las conexiones a D cuando el motor tome velocidad. Responda las siguientes preguntas sobre este tipo de dispositivo. a) ¿Cómo compararía el voltaje de fase en el arranque con el voltaje de fase en condiciones normales de operación? b) ¿Cómo compararía la corriente de arranque del motor conectado en Y con la corriente de arranque si el motor permanece conectado en D durante el arranque?

6-26. Un motor de inducción de 460 V, 50 hp, con seis polos, conectado en D, 60 Hz, trifásico, tiene un deslizamiento a plena carga de 4%, una eficiencia de 91% y un factor de potencia de 0.87 en retraso. En el arranque, el motor desarrolla un par que es 1.75 veces el par a plena carga, pero consume 7 veces la corriente nominal con el voltaje nominal. Este motor se enciende con un arrancador de voltaje reducido tipo autotransformador. a) ¿Cuál debe ser el voltaje de salida del circuito de arranque para reducir el par de arranque hasta que sea igual al par nominal del rotor? b) ¿Cuál será la corriente de arranque del motor y la corriente que toma de la fuente con este voltaje?

6-27. Un motor de inducción con rotor devanado opera con voltaje y frecuencia nominales con sus anillos rozantes en cortocircuito y con una carga de alrededor de 25% del valor nominal de la máquina, Si se duplica la resistencia del rotor de la máquina por medio de la inserción de resistores externos al circuito del rotor, explique lo que sucede con los siguientes elementos: a) b) c) d) e) f) g) h)

Deslizamiento s Velocidad del motor nm Voltaje inducido en el rotor Corriente del rotor tind Psal PPCR Eficiencia general h

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6-23. Un motor de inducción de 460 V, con cuatro polos, 75 hp, 60 Hz, conectado en Y, trifásico, desarrolla su par inducido a plena carga con un deslizamiento de 1.2% cuando opera a 60 Hz y 460 V. Las impedancias del circuito modelo por fase del motor son R1

0.058

XM

18

X1

0.32

X2

0.386

En este problema se desprecian las pérdidas mecánicas en el núcleo y dispersas. a) Encuentre el valor de la resistencia del rotor R 2. b) Encuentre tmáx , smáx y la velocidad del rotor cuando se presenta el par máximo del motor. c) Encuentre el par de arranque del motor. d) ¿Qué factor de letra de código se debe asignar a este motor? 6-31. Cuando es necesario detener con rapidez un motor de inducción, muchos controladores invierten la dirección de rotación de los campos magnéticos por medio de la conmutación de dos terminales cualesquiera del estator. Cuando se invierte la dirección de rotación de los campos magnéticos, el motor desarrolla un par inducido opuesto a la dirección de rotación de la corriente, tan rápido que se detiene y trata de girar en la dirección opuesta. Si se quita la potencia del circuito del estator en el momento en que la velocidad del rotor es cero, el motor se detiene rápidamente. Esta técnica para apagar con prontitud un motor de inducción se llama frenado por contracorriente. El motor del problema 6-23 opera en condiciones nominales y se detendrá con frenado por contracorriente. a) ¿Cuál es el deslizamiento s antes del frenado por contracorriente? b) ¿Cuál es la frecuencia del rotor antes del frenado por contracorriente? c) ¿Cuál es el par inducido tind antes del frenado por contracorriente? d) ¿Cuál es el deslizamiento s justo después de conmutar los terminales del estator? e) ¿Cuál es la frecuencia del rotor justo después de conmutar los terminales del estator? f) ¿Cuál es el par inducido tind justo después de conmutar los terminales del estator? 6-30. Responda las siguientes preguntas sobre un motor de inducción de 460 V, conectado en D, con dos polos, 100 hp, 60 Hz y código de arranque F: a) ¿Cuál es la corriente máxima de arranque que el controlador de la máquina debe manejar? b) Si el controlador está diseñado para conmutar los devanados del estator de una conexión en D a una conexión en Y durante el arranque, ¿cuál es la corriente máxima de arranque que el controlador debe manejar? c) Si se utiliza un arrancador tipo autotransformador reductor con relación 1.25:1 durante el arranque, ¿cuál es la corriente máxima de arranque que se tomará de la línea?

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