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Medición de los parámetros eléctricos de un motor de inducción.
Semestre : Grupo Tarea N°
MÁQUINAS AC LABORATORIO Nº4 “
”
“
Medición de los parámetros eléctricos de un motor de inducción. ”
Apellidos y Nombres
Nota
Integrantes Profesor:
Pch. D. María Teresa Mendoza
Programa
Electrotecnia
Profesional
Industrial
Fecha de entrega
Semestre: GRUPO:
IV
IV A 04
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Medición de los parámetros eléctricos de un motor de inducción. 1.
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OBJETIVOS:
Realizar ensayos al motor de inducción y calcular y medir sus parámetros eléctricos. Calcular los parámetros del circuito equivalente de un motor de inducción tipo “Jaula de ardilla”. Discutir y analizar las curvas de carga en conexión estrella y delta.
2.
FUNDAMENTO TEORICO:
El motor de rotor de jaula de ardilla, también llamado de rotor en cortocircuito, es el más sencillo y el más utilizado actualmente. En núcleo del rotor está construido de chapas estampadas de acero al silicio en el interior de las cuales se disponen unas barras, generalmente de aluminio moldeado a presión. Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". 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. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente probablemente similares existen para las ardillas domésticas). Los devanados inductores en el estátor 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. Las ranuras del rotor y suelen hacerse oblicuas respecto al eje para evitar así puntos muertos en la inducción electromagnética. Un inconveniente de los motores con rotor de jaula de ardilla es que en el arranque absorbe una corriente muy intensa (de 4 a 7 veces la nominal o asignada), y lo hace además con un bajo factor de potencia, y a pesar de ello, el par de arranque suele ser bajo. La baja resistencia del rotor hace que los motores de jaula de ardilla tengan excelentes características para marchas a velocidad constante. Hasta hace unos cuantos años (década de los 90), un inconveniente de los motores con rotor de jaula de ardilla era que su velocidad no era regulable, pero actualmente con los variadores de velocidad electrónicos se puede conseguir un control perfecto de la práctica totalidad de parámetros del motor, entre los que destacan el par, la corriente absorbida y la velocidad de giro.
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El circuito equivalente de un motor de inducción es de herramienta muy útil para determinar las respuestas del motor cuando hay variaciones en la carga. Esta información se puede encontrar efectuando una serie de pruebas con el motor de inducción, que son análogas a las pruebas de corto circuito y de circuito abierto que se hacen a los transformadores. Las pruebas deben ser realizadas bajo condiciones precisamente controladas, pues las resistencias varían con la temperatura y además la resistencia del rotor también varía al variar la frecuencia del rotor.
Fig.1 motor de rotor jaula de ardilla.
a)
Determinar la resistencia del estator.
La resistencia debe ser medida en corriente continua debido a que con corriente alterna se crearían campos magnéticos en el entrehierro y en el rotor que perturbarían las Mide utilizando el puente Wheastone la resistencia de cada bobina del motor, si esta es accesible y si los bobinados no son accesibles se puede considerar lo siguiente:
El valor calculado de la resistencia deberá afectarse de un factor de corrección por efecto Skin que varía entre 1,2 a 1,8.
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Medición de los parámetros eléctricos de un motor de inducción. b)
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Prueba del vacío.
Mide las pérdidas rotacionales y proporciona la información acerca de su corriente de magnetización. Pérdidas en el cobre
La potencia de pérdidas rotacionales se calcularía con la siguiente ecuación:
El valor de la tensión V 0 del tipo de conexión del estator (estrella o delta).
c)
Prueba a rotor bloqueado.
La prueba se aplica al motor con el rotor frenado, con un voltaje reducido hasta hacer circular una corriente igual a la corriente nominal. Midiendo el amperaje que consume, el voltaje aplicado y la potencia absorbida por el motor. Impedancia del motor con rotor frenado.
Ángulo de impedancia se calculará con la siguiente ecuación.
Dónde: FTest = Frecuencia de test hecha con una fuente de alimentación de 25% de la frecuencia de la red real de trabajo.
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Medición de los parámetros eléctricos de un motor de inducción. 3.
Equipos a utilizar: Material 1 motor de inducción trifásico jaula de ardilla.
1 acople flexible.
1 freno de polvo metálico.
1 pinza amperimétrica.
1 FLUKE 43B
1 fuente de tensión alterna trifásica regulable.
Conductores de conexión.
Imagen
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4. INDICACIONES DE SEGURIDAD Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!.
Advertencia: Usar lentes de seguridad durante su permanencia en el Taller
Advertencia: Usar botas de seguridad durante su permanencia en el Taller
5. Análisis de Trabajo Seguro (ATS)
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6. PROCEDIMIENTO: MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR JAULA DE ARDILLA: a) PLACA DE CARACTERISTICAS DEL MOTOR DE INDUCCIÓN DE ROTOR JAULA DE ARDILLA.
Modelo / IP Conexión ( ∆)
5E 2662-3G 380v ----- 0,85 A
Potencia
0,3 Kw
cos∅
0,84
Nm
2800 RPM
Frecuencia
50 Hz
Fig.2 Placa de datos del motor jaula de ardilla. a.1) Empleando un puente de Wheasttone o un multímetro digital, mida la resistencia de cada bobina del motor y tome nota de los valores solicitados. Anote los resultados de cada resistencia y calcule el promedio.
Ra = R(U1 – U2) = 114.3 Rb = R(V1 – V2) = 115.3 Rc = R(W1 – W2) = 114.3 R1 = Ra + Rb + Rc x FC 3 Donde FC es el factor de corrección por efecto Skin, cuyo valor para el motor es FC = 1.15
R1 =131.82
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b) PRUEBA EN VACÍO b.1) Armar el circuito de la figura adjunta El rotor del motor debe girar libremente (no debe de estar acoplado al freno de polvo magnético).
Fig. Nº 3
b.2) Alimentar el circuito a tensión nominal del motor. b.3) Anote las mediciones realizadas. V = 380V I = 0.426 A P = 63 W
Fig.4 Toma de datos a tensión nominal.
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b.4) Con los datos obtenidos calcule la impedancia equivalente y las pérdidas rotacionales del motor.
=
= = . . /√
= × × = × (. /√ ) × . = .
La sacaremos de la Grafica de Vn vs P(W) que fue extrapolado.
= − − = − . − = . c) PRUEBA A ROTOR BLOQUEADO. c.1) Acople el motor al freno dinámico (active drive) y gire la perilla de control hacia la derecha hasta el final. c.2) Ponga el control de tensión de la fuente en cero voltios. c.3) Haga las conexiones de la figura 6.2.
Fig. 5 Montado del circuito a rotor bloqueado c.4) Alimente el circuito y suba gradualmente la tensión hasta obtener el amperímetro la corriente nominal (el motor debe estar frenado).
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Medición de los parámetros eléctricos de un motor de inducción. c.5) Anote las mediciones realizadas.
Mediciones Realizadas Valores de Línea
= . = . = f.d.p. = 0.85 c.6) Calcular los siguientes parámetros (escriba la formula y reemplace valores).
. . . = . . = √ =
. = = . .
= × = . × . = . = × = . × . = . = − = . − . = . = . × = . × . = . = . × = . × . = . = × ∅ = . × . = c.7) Complete los valores en el circuito siguiente:
Fig. 6.4 Circuito equivalente del motor jaula de ardilla.
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d) CURVAS DE CARGA EN CONEXIÓN TRIÁNGULO.
Vn 38 76 190 228 304 380
10% 20% 50% 60% 80% 100%
I(A) 0.1 0.15 0.18 0.21 0.3 0.42
P(W) 17.2 18 27 32 42 61
Grafica de I(A) vs Vn
Vn 400 300 200
Vn
100
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Grafica de Vn vs P(W) 70
60
50
) S 40 T T A W ( 30 P
P(W) Linear (P(W))
20
10
0 0
20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
Vn(v)
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e) Arme el circuito de la siguiente figura:
Fig.6 Armado del circuito y conexión de los equipos de medición.
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e.1) Conecte el motor a la fuente de alimentación. Tome y calcule los datos solicitados en la tabla.
Tabla N°1 U (V) DATOS ANOTADOS
380 1
2
3
4
5
6
N (Nm)
0.15
0.25
0.35
0.45
0.61
0.81
I (A)
0.4
0.5
0.55
0.6
0.7
0.83
n (RPM)
3556
3504
3485
3458
3415
3348
P1 (W)
283
324
339
365
402
464
S (VA)
263.3
229.1
361.9
394.9
460.7
546.3
P2 (W)
55.86
91.7
127.6
162.95 218.14 283.9
DATOS f.d.p. CALCULADOS
1.00
0.98
0.94
0.92
0.87
0.84
η (%)
19.75
71.5
66.5
63.01
63.8
62.88
S (%)
1.22
2.66
3.19
3.94
5.14
7
1
2
3
4
5
6
DATOS CALCULADOS:
Potencia aparente (S):
= √ × × = √ × × = √ × × . = . = √ × × = √ × × . = . = √ × × = √ × × . = . = √ × × = √ × × . = . = √ × × = √ × × . = . = √ × × = √ × × . = .
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Potencia de salida (P2):
×× = × × . × × . = = = . × × . × × . = = = . × × . × × . = = = . × × . × × . = = = . × × . × × . = = = . × × . × × . = = = .
Eficiencia (η):
=
× %
. × % = × % = . % . = × % = × % = . % . = × % = × % = . % . = × % = × % = . % . = × % = × % = . % . . = × % = × % = . % =
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Deslizamiento (S):
− = × % − − = × % = × % = . % − − = × % = × % = . % − − = × % = × % = . % − − = × % = × % = . % − − = × % = × % = . % − − = × % = × % = % e.2) Graficar en la curva par velocidad el efecto de las variaciones de resistencias en el rotor.
Grafica de Nm vs cos ɸ cos ɸ 1.02 1 0.98 0.96 0.94
Valores Y
0.92 0.9 0.88 0.86 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
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Grafica de Nm VS I(A)
n(RPM) 3580 3560 3540 3520 3500 n(RPM)
3480 3460 3440 3420 3400 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Grafica de Nm VS P2(W)
P2(W) 300
250
200
150
P2(W)
100
50
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
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Grafica de Nm VS n(RPM)
n(RPM) 3580 3560 3540 3520 3500 n(RPM)
3480 3460 3440 3420 3400 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
e.3) Considerando los datos de placa, indicar bajo qué condiciones está funcionando el motor. La máquina está trabajando como un motor ya que el deslizamiento extra entre 0 y 1. Por otro lado, se está trabajando con un voltaje de 380 VAC en una configuración delta. f) OPERACIÓN ÓPTIMA DEL MOTOR DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE ARDILLA.
f.1) ¿De acuerdo a los resultados obtenidos a qué % de carga se obtiene la mejor eficiencia en la operación?
=
. × % = × % = . % .
Se obtiene el mejor resultado cuando se tiene un factor de carga igual a 97.64 %.
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f.2) Determinar el deslizamiento a 100% de la carga y compararlo con el indicado en la placa. Deslizamiento al 100%
=
− × % =%
Deslizamiento de placa
=
− × % = . %
Ambos valores son casi iguales ya que se llegó a un valor próximo al 100% de la carga al momento de realizar las pruebas.
f.3) De acuerdo a los resultados obtenidos. ¿A qué % de carga se obtiene el mejor f.d.p. en la operación? Se obtiene mejor factor de potencia con un factor de carga igual a 97.64 %.
UN VIDEO RELACIONADO AL LABORATORIO REALIZADO: MOTOR JAULA DE ARDILLA:
https://www.youtube.com/watch?v=SU4Yzlq-12A
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OBSERVACIONES:
Debemos revisar siempre los datos de placa de nuestro motor para así no dañarlo al momento de realizar las pruebas y no tener inconvenientes para finalizarlas. Debemos de revisar siempre nuestro circuito, para no dañar tanto los instrumentos de medición como los materiales utilizados en nuestra experiencia de laboratorio . Se observó que es importante trabajar en equipo ya que nos ayudara a poder realizar el laboratorio correctamente. El motor jaula de ardilla tiene dos anillos en los extremos los cuales sirven de unión para cortocircuitar el rotor. CONCLUSIONES:
El ensayo a rotor bloqueado se realizó satisfactoriamente, a través del mismo se obtuvieron los parámetros del circuito equivalente, por su parte la corriente de arranque a tensión nominal para este método manifestaba un valor aproximadamente cuatro veces la corriente nominal. Tanto la potencia como la corriente se incrementaban con la posición de mayor fuerza de frenado, esto debido a la compensación que debe hacer el motor para suplir las revoluciones bajo condiciones de carga, es entonces que se ve obligado a adquirir mayor corriente y en su defecto mayor potencia. Se concluyó que la resistencia en cada bobina era la misma. La torsión es proporcional al flujo en el entrehierro y a los componentes de la corriente del rotor que están, en el espacio, en fase con él. La corriente del rotor tiende a retrasar las Fem que las producen, debido a la reactancia de dispersión del rotor. Se concluyó que es importante trabajar de acuerdo a datos de placa y no exceder esos parámetros para evitar que el motor sufra o se deteriore.
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OBSERVACIONES: Siempre se debe verificar la placa de características de nuestros motores con los cuales se van a realizar las experiencias. El motor de inducción presenta tres zonas de trabajo, freno, motor y generador; en esta experiencia se trabajó en la zona de motor. Se cuidó de que las corrientes en el motor no sobrepase la corriente nominal para así evitar una falla en el funcionamiento del equipo usado. En esta experiencia nuestro motor de inducción trabajo como motor ya que su deslizamiento se encontraba entre 0-1.
CONCLUSIONES: Las pérdidas en el núcleo de un motor jaula de ardilla corresponden a los circuitos del rotor, como del estator, siendo las pérdidas del rotor bajas debido a su frecuencia. Se concluye que la velocidad de giro del motor de jaula de ardilla no depende de gran manera de la corriente y de la tensión de alimentación. Por otro lado, esta si depende de la frecuencia y el número de par de polos. Esto se pudo apreciar gracias a que se trabajaron con valores inferiores a los de datos de placa. Es necesario saber cuál será el área de trabajo de un motor, solo de esta manera se podrá identificar la clase de máquina a usar. En el caso de un motor jaula de ardilla sería usado para trabajos de mayor exigencia con bajo manteniendo. El trabajo en grupo es de suma importancia, ya que sin él no se podría realizar un trabajo de manera correcta. En este caso se trabajó coordinadamente al momento de realizar conexiones y realizar la puesta en marcha del sistema.
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OBSERVACIONES: En el motor tipo jaula de ardilla el rotor se encuentra cortocircuitado. El motor de jaula de ardilla presenta una mayor velocidad, cercana a la de sincronismo. En el motor se presentaban distintas tensiones y corrientes dependiendo del tipo de conexión realizado para su alimentación. Se utilizó el freno de polvo metálico como carga y como tacómetro. Se cuidó de que las corrientes en el motor no sobrepase la corriente nominal para así evitar una falla en el funcionamiento del equipo usado.
CONCLUSIONES: Las frecuencias del estator y el rotor encontradas en el motor de jaula de ardilla son distintas; estas se relacionan directamente con el deslizamiento. Además, se sabe que el voltaje inducido y el inductor son ligeramente iguales y también están gobernadas por el deslizamiento. El motor jaula de ardilla es muy utilizados en la actualidad en la industria debido a su gran robustez y su fácil uso y respuesta frente a cargas de alto torque de arranque. Se concluye que la velocidad de giro del motor de jaula de ardilla no depende de gran manera de la corriente y de la tensión de alimentación. Por otro lado, esta si depende de la frecuencia y el número de par de polos. Esto se pudo apreciar gracias a que se trabajaron con valores inferiores a los de datos de placa. Durante la prueba de vacío se logró determinar las perdidas eléctricas de nuestro motor de jaula de ardilla junto a los parámetros del núcleo. Al realizar la prueba de vacío logramos encontrar la impedancia equivalente de nuestras bobinas, y las perdidas rotacionales. Para hallar correctamente la impedancia equivalente se utilizó un factor de corrección (FC) de 1.1 para eliminar el efecto skin. Las pérdidas en el núcleo de un motor jaula de ardilla corresponden a los circuitos del rotor, como del estator, siendo las pérdidas del rotor bajas debido a su frecuencia.
ANEXOS:
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Rotor de jaula de ardilla. 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. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster(ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas). La base del rotor se construye de un apilado hierro de laminación.
Rotor de Jaula de Ardilla
Es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla".
Funcionamiento: Los devanados inductores en el estator de un motor de induccióninstan 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. A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estator.
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El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estator y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras. El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las láminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddy current'). El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio, con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis. El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.
Tipos de rotores: Existen varios tipos de estos elementos, pero los que son más usados en la industria; es decir, los rotores para motores asíncronos de corriente alterna son 4.
Rotor de jaula de ardilla simple Error al crear miniatura: Falta archivo Los círculos negros que se muestran en la figura representan las ranuras del rotor donde va introducido el bobinado. Existen varios tipos de ranuras, de ahí que existan varios tipos de rotores. Este tipo de rotor es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera 6 ó 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta mal los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140 % del normal.
Rotor de jaula de ardilla doble Error al crear miniatura: Falta archivo La ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras están separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe. Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 ó 5 veces la intensidad nominal, y su par de arranque puede ser de 230 % la normal. Éstas características hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es el más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.
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Rotor con ranura profunda Es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de ranura profunda. Sus características vienen a ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores de baja potencia que necesitan realizan continuos arranques y paradas.
Rotor de anillos rozantes Se denominan rotores de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150 % y el 250 % del par normal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor.
Aplicaciones comunes: Los motores de la línea monofásica pueden ser clasificados como “Motores de Uso General”; sin embargo pueden ser empleados , sin ningún problema, en aplicaciones
específicas como : Aplicaciones en ambientes polvosos Bombas centrífugas. Compresores. Ventiladores Bombas de combustible A prueba de explosión Lavadoras y electrodomésticos en general
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Electrotecnia Industrial Rúbrica Resultado:
c) Los estudiantes conducen pruebas y mediciones, analizan e interpretan sus resultados para evaluar y mejorar sistemas.
Criterio de desempeño :
c.2: Interpreta y analiza resultados de pruebas y/o mediciones para optimizar el funcionamiento de equipos y sistemas eléctricos
Máquinas AC
Curso: Actividad:
Ciclo:
EL MOTOR JAULA DE ARDILLA
Nombre y apellido del alumno:
Sección:
Observaciones
Periodo:
4
Semana: Docente: Fecha:
Documentos de Evaluación X
Hoja de Trabajo
Archivo informático
Informe Técnico
Planos
Caso
Otros:
Ex ce le nte
Bue no
Requiere Mejora
No ac epta ble
Mide los parámetros eléc tric os de un motor
2
1
0.5
0
Elabora cuadros y curvas características
2
1
0.5
0
4
3
2
0
4
3
2
0
Responde las preguntas planteadas
2
1
0
0
Realiza Análisis de trabajo seguro ATS
2
1
0
0
Pres entación (redac ción, ortograf ía)
2
1
0
0
Observaciones y conclusiones
2
1
0
0
CRITERIOS A EVALUACIÓN
Interpreta, analiza y explica los resultados de las pruebas de un motor eléctrico Calcula la ef iciencia del motor y determina su punto óptimo de operación
Punta je Logr ado
Puntaje Total Comentarios al o los alumnos: (De llenado obligatorio) Puntaje
Excelente
3
Bueno
2
Requiere mejora
1
No Aceptable
0
Descripción
Completo entendimiento del problema, realiza la act ividad cumpliendo todos los requerimientos. Entendimiento del problema, realiza la act ividad cump liendo la m ayoría de requerimientos. Bajo entendimiento del problema, realiza la act ividad cumpliendo pocos de los requerimientos. No demuestra entendimiento del problema o de la a ctividad.
