EXPERIENCIA #5: MAQUINA ASINCRONA OBJETIVOS
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Demostrar en forma práctica los ensayos del motor asíncrono y a partir de ellos determinar los parámetros del circuito equivalente de sustitución de estado estacionario. Obtener una estimación de las pérdidas rotacionales y el pronóstico teórico de su comportamiento como rotor o generador a partir del circuito equivalente. Verificación experimental del funcionamiento de la maquina asíncrona como generador. Aprendizaje de la manipulación de este tipo de maquinas con ayuda de los implementos de laboratorio.
FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEÓRICO
Maquina Asíncrona También son conocidas como máquinas de inducción. Su estator esta formado por un paquete de chapas aisladas montado en una carcasa con una serie de ranuras en su periferia donde se encuentran los hilos conductores que forman el bobinado del estator, formando tres bobinas que se corresponden a cada una de las tres fases. El rotor lo forman un apilamiento de chapas que forman un cilindro junto con el eje del motor, pero según se distribuya el inducido se distinguen dos tipos: -
Rotor bobinado: En las ranuras de las chapas del rotor hay unos devanados iguales que los del estator formados por un gran número de espiras; los extremos de las bobinas de este devanado esta conectadas a tres anillos que se conectan al exterior mediante el contacto de tres escobillas
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Rotor de jaula de ardilla: En las ranuras del exterior están colocados los conductores que forman una serie de barras formando un cilindro cortocircuitadas en cada extremo con forma de jaula de ardilla
La maquina asíncrona se compone de 2 partes principales las cuales describiremos a continuación: El estator Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero de calidad especial provistas de ranuras. Los bobinados están distribuidos en estas ranuras y forman un conjunto de bobinas desfasadas entre sí 120º. Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio.
El rotor El rotor es la parte móvil del motor. Esta situado en el interior del estator y consiste en un acoplamiento de chapas de acero que forman un cilindro solidario con el árbol del motor. El rotor del motor trifásico es atravesado por el campo giratorio engendrado en el estator. El arrollamiento rotórico puede ejecutarse como el estatórico en forma repartida, con las bobinas unidas en serie (rotor bobinado o con anillos rozantes); o también a base de barras (rotor de jaula o en cortocircuito). Estas barras, de aluminio inyectado a presión (las aletas de refrigeración hechas en la misma operación hacen masa con el rotor) están conectadas en paralelo y al mismo tiempo puestas en cortocircuito por medio de dos aros extremos. En uno y otro caso queda el arrollamiento rotórico en cortocircuito una vez el motor está en servicio. Igual que en el secundario de un transformador, en el arrollamiento rotórico se induce también una f.e.m., la cual, por estar éste cerrado sobre sí mismo, da lugar a la circulación de una corriente rotórica. La acción conjunta del campo giratorio y del campo debido a la corriente rotórica determina, como en todos los motores, un par de giro. Éste par arrastra al rotor en el sentido de rotación del campo giratorio y le comunica una velocidad muy próxima a la de sincronismo. Una vez el motor puesto en marcha se induce en el rotor, además de la tensión de reposo, una contratensión producida por el movimiento de los conductores rotóricos en el campo giratorio. Con el motor en servicio, la tensión rotórica efectiva equivale pues solamente a la diferencia entre las dos anteriores. Si el rotor llegase a girar a la velocidad de sincronismo es evidente que ambas tensiones serían iguales (en magnitud), con lo cual la tensión rotórica efectiva resultaría nula. En tal caso no circularía tampoco corriente alguna por el rotor y desaparecería el par de giro. El motor trifásico funciona, pues, siempre algo rezagado con respecto a la velocidad de sincronismo: se dice que desliza. La diferencia entre esta última y la velocidad real del motor constituye la velocidad relativa de éste con respecto al campo. El motor trifásico es, por consiguiente, esencialmente asíncrono. A medida que la carga aumenta y con ella la corriente rotórica, va disminuyendo el número de revoluciones.
Generación del campo giratorio El campo magnético del motor asíncrono es también un campo giratorio. En el caso de un motor trifásico está generado por las tres corrientes desfasadas que circulan por el arrollamiento estatórico. Para que se genere el campo giratorio es preciso que los arrollamientos estén uniformemente repartidos en la periferia del estator, como lo están en el tiempo (es decir, en el orden de sucesión) las 3 corrientes de fase. En máquinas bipolares el ángulo entre bobinas correspondientes de cada fase deberá ser, por consiguiente, de 120º. Las 3 corrientes estatóricas del lugar entonces a 3 campos alternos, también desfasados 120º entre sí, cuya resultante es un campo magnético giratorio. Como en el rotor los polos son fijos y en estator la polaridad de los campos varía (está alimentado por corriente alterna), los polos fijos del rotor, siguen las variaciones de polaridad de los devanados del estator. Habrá efectos de atracción y repulsión de campos magnéticos que causará la rotación del rotor. El tiempo correspondiente a cada posición puede deducirse a partir del ángulo girado por el campo (de 0 a 360°). Invirtiendo dos fases se invierte el sentido de giro del campo. EQUIPO A UTILIZAR
Para trabajar en la maquina SDS: -
1 resistencia de 1600 Ohm. 1 resistencia de 0 – 200 Ohm. 2 voltímetros de 0 – 300 V AC. 1 amperímetro digital de 0 – 6 A. 1 multímetro digital Fluke modelo 10. Cables para la maquina generalizada pequeña. 1 interruptor tripolar. 1 extensión monofásica. 4 cables de 2 metros. 1 vatímetro Wattavi. 1 voltímetro 0 – 150 – 300 V AC. 1 amperímetro digital de 0 – 6 A. 1 tacómetro mecánico o fotoeléctrico.
PROCEDIMIENTO
Los datos necesarios para la determinación de los parámetros del circuito equivalente “T” serán calculados a partir de los siguientes ensayos: -
Ensayo en Vacio Medir previamente la resistencia óhmica de cada fase del estator a la temperatura ambiente, el promedio será el valor representativo. Luego la maquina debe ser arrancada sin carga en el eje, dejándosele marchar a un tiempo prudencial para que las condiciones de lubricación se estabilicen.
Después elevamos la tensión de alimentación hasta aproximadamente un 120% del valor nominal y registrar para esta tensión la potencia y corriente absorbida, disminuir la tensión de alimentación hasta aproximadamente 50% del valor nominal y anotar para cada valor de tensión, la potencia y corriente. -
Ensayo a rotor bloqueado Bloqueamos el rotor y aplicamos a la maquina asíncrona tensión reducida y tomamos simultáneamente varios juegos de lectura de tensión, corriente y potencia hasta aproximadamente 1.5 de la corriente nominal. Inmediatamente después de concluir esta prueba, medimos la resistencia de cada fase del estator.
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Ensayo como motor bajo carga Arrancar la maquina asíncrona, aumentando gradualmente la tensión de alimentación hasta el valor nominal; luego genere su tensión nominal. Enseguida conectamos a los bornes del generador de C.C. la resistencia de carga , la cual deberá estar en su posición de máximo valor. Ajustar de tal manera que tenga una velocidad en el eje del motor correspondiente a un deslizamiento de 3% a continuación registramos: la velocidad, la potencia y corriente absorbida por el motor asíncrono, la tensión en bornes del generador de C.C. y la corriente en la resistencia de carga.
