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Preparatorio No 3 Motor trifásico de Inducción _________________________________________________________________________________________________________________________

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL PREPARATORIO 3 EL MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN Roca Cruz Byron Eduardo [email protected]  1 Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecánica, Quito, Ecuador

Resumen: El motor de inducción es el motor más utilizado en la industria debido a su resistencia y simplicidad, debido a la ausencia de colector y el hecho de que sus características de funcionamiento son adecuados para la velocidad constante. También es una máquina robusta, fácil de construir y de mantenimiento. Pero al igual que todas las máquinas, estos motores también tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos.

Abstract: The induction motor is the most used motor in the industry due to its Strength and simplicity, due to the absence of collector and the fact that their Operating characteristics are well suited to speed constant. It is also a robust machine, easy to build and maintenance. But like all machines, these engines also have some disadvantages such as high reagent consumption.

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1. INTRODUCCIÓN

Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases, además de que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección opuesta 4. CUESTIONARIO 1. Consultar el principio de funcionamiento y las partes constitutivas de las máquinas trifásicas de inducción de rotor bobinado y jaula de ardilla. Rotor bobinado. Partes constructivas. Carcasa: Fundida hasta la carcasa 450 y de acero soldado de la carcasa 500 a 1600. g Estator: En alta o baja tensión, aislados con sistema WEG de aislación Micatherm – VPI. g Rotor: Bobinado y con anillos colectores. g Anillos colectores: De acero inoxidable proporcionando una mejor performance y mayor vida útil. g Portaescobillas: Con sistema motorizado para levantamiento de las escobillas. g Escobillas: Desarrolladas para atender específicamente las maniobras en la partida de los motores. g Sistema motorizado de levantamiento de las escobillas: Posee un actuador electromecánico que suministra el comando para el

levantamiento de las escobillas, como también el cortocircuitamiento de los anillos colectores. Posee llaves fin de curso para comando y señalización. Necesita de comando externo a través de llaves contactores o CLP. Funcionamiento Los motores de rotor bobinado posibilitan el aumento de su resistencia rotórica a través de la utilización de una resistencia externa variable (reóstato), conectada al circuito rotórico, aumentando el conjugado de partida con corriente relativamente baja. El motor parte con las escobillas bajadas y los anillos colectores no cortocircuitados, lo que debe ser garantizado por el intertrabado de las llaves fin de curso de señalización, localizadas en los conjuntos de movimiento de estos componentes. En la medida en que el motor va ganando velocidad, el reóstato debe disminuir su resistencia progresivamente hasta alcanzar el menor valor posible y entonces el mismo debe ser cortocircuitado. Cuando el motor alcanza la rotación nominal, el actuador electromecánico debe ser accionado para cortocircuitar los anillos colectores y levantar las escobillas y entonces el motor pasa a funcionar en régimen nominal. El sistema está diseñado para garantizar que las escobillas no sean levantadas antes que el rotor esté cortocircuitado. El actuador electromecánico posee llaves fin de curso de comando que son ajustadas para actuar de manera precisa tanto en el procedimiento de levantamiento como en la bajada de las escobillas. Motor jaula de ardilla. Partes constructivas.

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El estátor, parte fija de la máquina, compuesta de una serie de chapas magnéticas aisladas entre sí para evitar la corrientes de Foucault, con una serie de ranuras interiores en las que se alojan los debanados de excitación, con un número de fases igual a las de la corriente eléctrica a la que esté conectado el motor. El rotor, parte móvil de la máquina, constituida por unas barras de cobre o aluminio unidas en sus extremos por un disco de idéntico material. Es importante hacer notar que en este tipo de rotor no existen escobillas de conexión que permitan la conexión del rotor con el exterior, tal y como ocurre en el motor trifásico asíncrono de rotor bobinado. Funcionamiento. Es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna, En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga. 2 Para cada uno de los siguientes métodos de arranque (Estrella – Triángulo, Voltaje Reducido, Resistencias Rotóricas):

veces inferior a la nominal. Supongamos que tenemos un motor de 400/230 y una red de 230 (V). El motor debe sobre esta red, de conectarse en triángulo y sus devanados soportan 230 (V). Fíjate en Fig. donde podemos ver que su corriente de arranque es 15 (A), si se arranca de forma directa en triángulo sobre 230 (V). Pero ¿qué pasa si lo conecto en estrella en la red de 230 (V) y procedemos al arranque? ¿Cuál será su corriente de arranque? La secuencia de funcionamiento es la siguiente : Se cierra KM1 y KM2 conectándose el motor en estrella y arrancando con los valores de par e intensidad del punto 1(fíjate que KM2 cortocircuita X-Y-Z). A continuación la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2. Transcurrido un pequeño tiempo (de 2 a 5 S), se abre KM2 y simultáneamente se cierra KM3 (que cortocircuita U-Z, V-X, W-Y) con lo cual el motor se conecta en triángulo (salto del punto 2 al 3). Observa el Fig. x que la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puentes los realizan los contactores (KM2 para la estrella y KM3 para el triángulo). Finalmente el motor evoluciona en triángulo desde el punto 3 al 4, donde el motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par de carga. Ventajas Automatismo muy sencillo y barato, se utiliza mucho. Menor reducción de par que los métodos anteriores, para la misma limitación de IA. En la tabla X puedes ver una comparación en el caso de que los arranques mediante resistencias y autotrafo se regulen para limitar la IA en. Desventajas

2.1. Explicar brevemente su funcionamiento

El par y la corriente de arranque disminuyen siempre sin posibilidad de regulación.

2.2. Explicar ventajas y desventajas.

Debe utilizarse solo ante cargas de bajo par de arranque.

2.3. Explicar del procedimiento completo a seguir para utilizar este método.

No siempre es posible ejecutarlo porque debemos disponer de una red cuya tensión coincida con la tensión nominal más baja del motor. Para un motor de 400/230 (V), el arranque Y∆ debe realizarse sobre una red de 230 (V), casi obsoleta hoy en día. Necesitaríamos un motor de 690/400 (V).

2.4. Dibujar y explicar el circuito necesario para realizar este tipo de arranque. Arranque estrella-triángulo Este arranque se basa en conectar el motor en estrella sobre una red donde debe de conectare en triángulo. De esta forma durante el arranque los devanados del estator están a una tensión

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3. Consultar el método de arranque correcto para las diferentes aplicaciones de los motores trifásicos de inducción.

Voltaje reducido En algunas aplicaciones es posible arrancar los motores de inducción en vacío o con sólo una fracción de su carga nominal. En estos casos el arranque a voltaje reducido es una técnica de arranque de motores que disminuye el pico de la corriente de arranque protegiendo los devanados del motor. Cuando los motores de inducción deben arrancar con cargas pesadas conectadas a su eje resulta necesario recurrir a la variación de la resistencia rotórica estudiada en una práctica anterior, pues debemos recordar que una disminución del voltaje conlleva una reducción cuadrática del par electromecánico y el arranque de motores a voltaje reducido no es práctico en estos casos.

Como su propio nombre indica, el motor se conecta directamente a la red de su tensión nominal, y con la conexión adecuada para dicha tensión (estrella o triángulo). En el caso de que su potencia supere 1 (CV), debe de ser un motor cuya relación IA/IN no supere los valores establecidos por el REBT en ITC-BT- 47 (IA: corriente de arranque). Puedes ver en Fig. el esquema de un arranque directo. Normalmente el responsable de la conexión entre el motor y la red es un contactor tripolar de la clase AC3 (para cargas inductivas), gobernado por un circuito de mando o control, que puede ser cableado o programable. Aguas arriba es habitual algún dispositivo de corte para aislar el motor de la red; en este caso es un seccionador. Además de aislar el seccionador incorpora fusibles, para la protección frente a cortocircuitos.

Por resistencias rotóricas. Este arranque es usado para motores de inducción de rotor devanado, puede ser utilizado por cualquier máquina y particularmente en condiciones difíciles de arranque con notable par resistente y con aceleración progresiva. Una de las ventajas de este arranque es que la corriente de arranque es más baja en relación a los otros arranques. Además de que existe la posibilidad de estabilizar el par de arranque al valor deseado, si los puntos de aceleración resultan oportunos. El problema del arranque por resistencias rotóricas es el elevado costo de los elementos de arranque. Además que necesita un motor particular y demasiado costoso en relación al tipo jaula de ardilla

4. Para las pruebas de Vacío y Rotor bloqueado, en los motores trifásicos de inducción: 4.1. Explicar brevemente en que consiste. 4.2. ¿Qué pérdidas se miden en esta prueba? 4.3. Dibujar y explicar el circuito necesario para realizar esta prueba. 4.4. Explicar el procedimiento a seguir para realizar esta prueba (paso a paso). Ensayo de vacío. El ensayo de vacío del motor asíncrono permite determinar los parámetros RFe y Xμ de la rama paralelo del circuito equivalente del motor asíncrono.

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El ensayo de vacío consiste en hacer funcionar al motor, a tensión nominal, sin ninguna carga mecánica acoplada al eje, es decir, la máquina trabaja a rotor libre. Las magnitudes a medir en el ensayo de vacío son el valor de la tensión que alimenta a la máquina, Vn, que debe coincidir con la tensión nominal, la potencia absorbida por el motor, P0 y la corriente de vacío, I0. Se hace funcionar el motor sin carga mecánica a la tensión nominal U1 y frecuencia nominal f. En estas condiciones la velocidad de giro del motor estará muy cercana a la velocidad de sincronismo, de tal forma s=>0 =>R2 [(1-s)/s ] es muy grande. En estas circunstancias la potencia P0 consumida por el motor es:

El circuito se analiza bajo tres condiciones: Funcionamiento a valores nominales: Bajo estas condiciones los parámetros de la máquina presentados por los fabricantes son: la velocidad en el eje, la potencia de salida, el factor de potencia, la eficiencia [4], [5]. Funcionamiento a torque máximo: En este caso se desconoce el deslizamiento s pero puede escribirse en términos de los parámetros de la máquina. Funcionamiento en el momento del arranque: Para esta condición el deslizamiento es unitario. Los variables más comunes presentadas en los catálogos.

Prueba a rotor bloqueado

REFERENCIAS CHAPMAN. 2005. Maquinas eléctricas. Madrid: McGrawHill interamericana.

En esta prueba se enclava el rotor del motor de manera que no pueda moverse, se aplica voltaje hasta alcanzar la corriente nominal, para elaborar la medición de los parámetros de voltaje, corriente y potencia, como se muestra en la figura:

5. Consultar cómo se calculan los parámetros del circuito equivalente del motor trifásico de inducción con base en los resultados de las pruebas realizadas. La figura muestra el circuito equivalente para una máquina de inducción convencional en régimen permanente. Dicho circuito representa los parámetros del estator y de rotor de la máquina referidos al circuito del estator. Dado un voltaje por fase aplicado a la máquina y suponiendo simetría en todas las fases, se requiere conformar un sistema de ecuaciones que permitan encontrar las 5 incógnitas del circuito.

CORRALES MARTIN. 1982. máquinas eléctricas (2 tomos).

Calculo

Industrial

de