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UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRICA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2

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º ENCABEZAMIENTO NOMBRE DE LA ASIGNATURA:

LABORATORIO DE MÁQUINA ELECTRICAS 2

CÓDIGO: SEMESTRE: 212L5 2019 / 1 2 HORAS SEMANALES HORARIO: 7:30 pm – 9:30 pm INTENSIDAD HORARIA: Dr. VLADIMIR SOUSA SANTOS DOCENTE: CORREO: [email protected] CELULAR: 3104703138 INTEGRANTES PRACTICA No: 07 FECHA DE LA PRACTICA: 01-04-2019 NOMBRE DE LA PRACTICA: MOTOR DE INDUCCION COMO GENERADOR ASINCRONO No. NOMBRE Y APELLIDO IDENTIFICACIÓN 1 EILIN GÓMEZ 1.143.162.513 2 ARGEMIRO HERRERA 1.045.728.019 3 ANDRÉS NOGUERA 1.048.222.070 4 CAMILA PÁEZ 1.140.900.198

1. MARCO TEORICO (EL DE LA GUIA E INVESTIGADO) Motor asíncrono: funcionamiento como generador Para que el motor de inducción trabaje como generador, debe superar la velocidad de sincronismo, lo que lleva a deslizamientos negativos. Un motor eléctrico de inducción puede disponerse como generador asíncrono si se le conecta un motor asíncrono acoplado, por ejemplo, un motor primo. Si un motor primario externo acciona a un motor de inducción a una velocidad mayor a la velocidad de sincronismo se invertirá la dirección del par inducido y comenzará a operar como generador. en el generador asíncrono, el rotor se hace girar por un medio externo, creando un campo, al girar, induce una FEM en el estator lo que hace circular corriente por la caga. Transforma energía mecánica en energía eléctrica. El generador asíncrono tiene algunas particularidades como: 

cuando más elevado sea la velocidad mayor será la potencia.



No puede producir por si mimas la potencia reactiva necesaria para generar un flujo, y debe tomarla de la red alimentada. Como no puede generar de forma independiente debe tomar la potencia reactiva de la red a la que esta acoplada.

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Figura 1. Funcionamiento del motor como generador asíncrono. Hay un par inducido máximo posible en el modo de operación como generador conocido como par máximo del generador (ver imagen 2). Si un motor primario aplica al eje de un generador de inducción un par mayor que el par máximo del generador este adquirirá una velocidad excesiva. EL funcionamiento como generador, tiene una gran limitación, esto debido a que carece de un circuito de campo separado, lo que conlleva a que el generador de inducción no pueda producir potencia reactiva, si no, solo consumirla. Al generador se le debe conectar una fuente externa de potencia reactiva todo el tiempo para mantener su campo magnético estatórico y en efecto, el generador consume potencia reactiva. La fuente externa de potencia reactiva también controla el voltaje en las terminales del generador (un generador de inducción no puede controlar su propio voltaje de salida).

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º Figura 2. Curva par-velocidad. El mayor problema de los generadores de inducción es que su tensión varía ampliamente con cambios en la carga, en particular con la carga reactiva. Dado que los capacitores fijos deben de suministrar toda la potencia reactiva requerida tanto para la carga como para el generador y cualquier parte de la potencia reactiva que se mande a la carga mueve al generador hacia atrás sobre la curva de magnetización, provocando una gran caída de tensión del generador (ver imagen 3).

FIgura 3. Curva voltaje-corriente Sin embargo, dado que el generador cuenta con este gran problema, este también cuenta con una gran ventaja, como lo es su simplicidad. Además, de que no requiere de un circuito de campo separado por lo que no tendrá que operar continuamente a una velocidad fija y es una buena opción para utilizarlos en, sistemas de recuperación de calor y otros sistemas de potencia suplementarios similares que están conectados a un sistema de potencia existente.

2. 2. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. Analizar el comportamiento del motor de inducción como generador asíncrono.

3. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS con todos los datos técnicos.

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º Multímetro digital Fluke 179 Multímetro versátil para la asistencia técnica en instalaciones, este multímetro cuenta con las funciones necesarias para resolver la mayoría de los problemas eléctricos. Es fácil de usar, tiene ventajas como, por ejemplo, valor verdadero eficaz, un mayor número de funciones de medición, conformidad con las últimas normas de seguridad y una pantalla mucho más grande que facilita la lectura de los parámetros medidos. En la figura 2 y figura 3, se muestra una foto del multímetro FLUKE 179 y sus características [4].

Figura 8. Multímetro FLUKE 179 [Elaboración propia].

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Figura 9. Datos técnicos del multímetro FLUKE 179 [4].

Pinza Vatímetro Minipa ET-4080 Alicates vatímetros MINIPA es completa para proyectos relacionados con las pruebas de energía. A través de las pruebas adecuadas, se puede determinar los problemas armónicos, consumo, demanda, factor de potencia, entre otros, que pueden ayudar en el diseño de soluciones, como los bancos de condensadores y filtros, mejorando la eficiencia del sistema, reduciendo los problemas de consumo y evitar multas cumplimiento.   Mide energía automáticamente en los sistemas trifásicos de 3 o 4 hilos, equilibrada o desequilibrada, sin necesidad de adaptador de fase. [7]

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Figura 4. Vatímetro Minipa ET-4080 [7].

CARACTERÍSTICAS * Display LCD: 4 dígitos (10000 Conteos) * Tasa de Actualización: 1 vez/s nominal * Indicación de Polaridad: Automática * Indicación de Sobrerango: OL * Indicación de Batería Agotada * True RMS AC * Cambio de Rango: Automática * Auto Power Off: Aprox. 10 minutos * Función INRUSH (Corriente de Partida de Motor) * Data Hold * Peak Hold * Registro MAX / MIN * Coeficiente de Temperatura: 10% de la precisión aplicable por °C (5% por °F) cuando fuera del rango de operación de 18°C ~ 28°C (65°F ~ 82°F) * Ambiente de Operación: 0°C a 40°C, RH < 70% * Ambiente de Almacenamiento: -20°C a 60°C, RH < 80% (sin batería) * Altitud: Hasta 2000m * Uso Interno * Grado de Polución: 2 * Alimentación: Una batería de 9V (NEDA 1604) * Duración de la Batería: Aprox. 50h (alcalina) * Apertura de la Pinza: 50mm * Diámetro Máximo del Conductor: 46.5mm * Dimensiones: 250(Al) x 100(An) x 46(P)mm * Peso: Aprox. 375g [8]. Motor Siemens 1LA3 090-4YB60 Gracias a su carcasa en aluminio el motor siemens asegura una excelente conductividad térmica y un bajo peso. Su diseño permite que opere a dos tensiones y que su arranque se realice ya sea directamente, en estrella triangulo (A partir del tamaño AH 132), con arrancador suave o con variador de velocidad lo cual posibilita su aplicación en la totalidad de condiciones disponibles [6].

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Figura 5. Motor Siemens 1la7 0096-4yb60 [Elaboración propia].

Características Eléctricas:  Tensión 220 YY/440 Y V  Corriente 5,6/2,8 A  Potencia 1,8 Hp  F.P. 0,81  C.L. AISL. B  Velocidad 1700 rpm  IP44 []. Motor Siemens 1LA7 070–4YC60 Gracias a su carcasa en aluminio el motor siemens asegura una excelente conductividad térmica y un bajo peso. Su diseño permite que opere a dos tensiones y que su arranque se realice ya sea directamente, en estrella triangulo (A partir del tamaño AH 132), con arrancador suave o con variador de velocidad lo cual posibilita su aplicación en la totalidad de condiciones disponibles [6].

Figura 5. Motor Siemens 1la7 0096-4yb60 [Elaboración propia].

Características Eléctricas:  Tensiones 220V YY/440 Y  Potencia 0,4/0,3 Hp/kW  F.S. 1,05  Corrientes 1,6/0,8 A  F.P. 0,77  Velocidad nominal 1640 rpm  IP55  Servicio S1  Frecuencia de 60 Hz  CL. AISL. F [].

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º . Tacómetro Digital manual DT.2268 El tacómetro digital manual DT.2268 es un medidor para determinar la velocidad (’rpm’ o ‘m/min’) de cualquier dispositivo. El tacómetro de mano puede medir de dos maneras: o bien de forma óptica y por tanto sin contacto, o de forma mecánica mediante diferentes accesorios. En la medición óptica se enfoca un haz de luz al objeto a medir que rebota en una banda reflectante pegada en el objeto indicando así la velocidad de giro. El resultado aparece en la pantalla LCD. La medición mecánica de la velocidad se realiza con diferentes adaptadores de punta que se sitúan en el eje del tacómetro para posteriormente ponerse en contacto con la superficie a medir [12].

Figura 36 Medidor de velocidad digital DT 2268. [13].

Características:  Óptico: 5-99,999 RPM  Contacto: 0.5-19,999 RPM.  Velocidad lineal: m/min. 0.05 a 1,999.9 m/min.  Precisión: ± (0.05% + 1digito).  Distancia de detección: 50 mm. a 500 mm  Ultimo valor, max. y min. son almacenados en memoria para poder ser recuperados cuando el usuario lo requiera.  Pantalla LCD altamente visible.  Temperatura de operación: 0°C a 50°C.  Alimentación: Baterías 4 x 1.5 V.  Medidas del instrumento: 215 x 65 x 38 mm [13]. Variador de frecuencia Schneider ATV312HU15M3.

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Figura 7. Variador de frecuencia Schneider [14].

Características técnicas 

Gama de producto Altivar 312



Tipo de producto o componente Variador de velocidad



Destino del producto Motores asíncronos



Potencia del motor en kW 1.5 kW



Potencia del motor en HP 2 hp [Us]



tensión de alimentación asignada 200...240 V (- 15...10 %)



frecuencia de alimentación 50...60 Hz (- 5...5 %) Número de fases de la red 3 fases



Corriente de línea 11.1 A para 200 V, 5 kA 9.6 A para 240 V [14].

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º 4. PROCEDIMIENTO DETALLADO- ESQUEMA DE CONEXIONES REALIZADAS IMÁGENES DEL MONTAJE DE LA PRACTICA Con referencia a lo expuesto en la teoría y estudiado en clase, se procedió a realizar experimentalmente la práctica de laboratorio. En consecuencia, se identificó un motor eléctrico trifásico de 0,3kW, como lo indica su placa característica (ver figura 10). Además, por medio de una polea se encontraba conectado un motor eléctrico de inducción de 1,8kW, el cual actuó como generador asíncrono y, su vez, se conectó un grupo de condensadores en los devanados del motor.

Seguidamente, haciendo el debido cierre de las bobinas y verificando que las conexiones fueran correctas, se identificaron 3 grupos de diferentes valores de capacitancia. Una vez realizado la medición de los capacitores se alimentó el motor de 0.3kW a 220V, para 4 valores diferentes de frecuencia con ayuda del variador de frecuencia. El diagrama de conexiones se observa en la figura 11. Con la ayuda del variador de frecuencia y los tres grupos de capacitores se procedió a medir la tensión inducida y el voltaje en el eje, las mediciones se realizaron con cada grupo de capacitores. Los datos obtenidos se encuentran en la tabla 1.

5. 5. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA (TODAS LAS TABLAS) Al realizar la experiencia de laboratorio y realizar las respectivas mediciones, se obtuvieron los siguientes datos: Tabla 1. Mediciones de velocidad, capacitancia y voltaje inducido. [Elaboración propia]

Frecuencia (Hz)

30

40

50

60

Velocidad en el eje (rpm) 1165 1163 1164 1555 1285 1157 1946 1335 1174 2332 1330 1172

Capacitancia (µF)

Voltaje Inducido (V)

22,2 75,4 97,7 22,2 75,4 97,7 22,2 75,4 97,7 22,2 75,4 97,7

0,812 0,614 0,825 0,955 123,6 116,3 1,067 140,6 121,5 1,127 139,4 120,6

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Grafica 1. Tensión inducida Vs velocidad del rotor con capacitancia constante de 22,2 µF [Elaboración propia]

En la gráfica 1, se observa el comportamiento del motor cuando se varia la frecuencia y a su vez aumenta la velocidad, así como la tensión inducida teniendo en cuenta la capacitancia de 22.2 µF, con este tipo de capacitor, la carga puesta en este caso una serie de bombillos no encendían debido a la baja capacitancia, ya que oscilaban entre 0,812 y 1,267.

Grafica 2. Tensión inducida Vs velocidad del rotor con capacitancia constante de 75.4 µF [Elaboración propia].

En la segunda gráfica, se observa que

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Grafica 3. Tensión inducida Vs velocidad del rotor con capacitancia constante de 97.7 µF [Elaboración propia]

6. ESTUDIO – INFORME Y RESPUESTAS AL CUESTIONARIO DE LA PRACTICA-INCLUIR LAS PREGUNTAS

6.1 Con base en las mediciones obtenidas en su práctica y los valores de placa, defina un análisis de eficiencia basado en la capacidad original del motor, su velocidad y demás elementos de prueba, en su comportamiento como generador de inducción. Según los datos obtenidos en la placa característica del motor y los resultados obtenidos, se puede notar, que la eficiencia del motor como generador, depende mucho de que su tensión varía ampliamente con cambios en la carga, en particular con la carga reactiva, dado de que los condensadores deben suministrar toda la potencia reactiva requerida tanto para la carga como para el generador. En esta condición de operación, la máquina toma una corriente que se retrasa de la tensión en más de 90 grados, la potencia activa fluye hacia fuera de la máquina y la potencia reactiva ingresa. Un parámetro fundamental para que el generador tenga más eficiencia es la carga que tengamos conectada, los capacitores y su frecuencia. El motor funcionando como generador resulta no muy eficiente en algunos casos, puesto que está diseñado para trabajar como motor y no como generador principalmente. La eficiencia de este depende mucho de su carga y de encontrar un buen grupo de capacitores, ya que la tensión

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º varia ampliamente con la carga. Además, que una pobre regulación de voltaje incluso con velocidad constante ha sido un punto en contra para su aplicación. 6.2 Con base a los conocimientos adquiridos explique cómo se puede mejorar la eficiencia del motor al utilizarlo como generador de inducción

7. CONCLUSIONES

8. BIBLIOGRAFIA UTILIZADA [4] Fluke, «Multímetro digital Fluke 179 de valor eficaz verdadero». [En línea]. Disponible: https://www.fluke.com/es-co/producto/comprobacion-electrica/multimetros-digitales/fluke-179. [7] M. C. S.A.S, «Minipa,» [En línea]. Disponible: http://minipa.com.co/content/et-4080. [8] «Características de un vatímetro», [En línea]. Disponible: https://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-527234930-vatimetro-tipo-pinza-minipa-e-t-4080-_JM [12] «Tacómetros digitales: medida óptica o por contacto en el mismo aparato», [En línea]. Disponible: https://www.interempresas.net/Electronica/FeriaVirtual/Producto-Tacometros-digitales-DT2268-168967.html [13] «Tacómetro óptico: DT-2268», [En https://www.zamtsu.com/producto/tacometro-optico-dt-2268-lutron/

línea].

Disponible:

[14] «Variador de frecuencia», [En línea]. Disponible: https://www.schneiderelectric.com.pe/es/product/ATV312HU15M3/variable-speed-drive-atv312---1.5kw---3.8kva---86w--200.240-v--3-phase-supply/