ELT-ETN F.N.I

LABORATORIO # 8

ENSAYO EN VACIO DEL

MOTOR ASINCRONO

1. OBJETIVO

Elementos importantes del motor de inducción. Conocer el principio do funcionamiento del motor de inducción. Conocer el circuito equivalente del motor de inducción. Conocer cómo se realiza el ensayo en vacío del motor de inducción. Determinar los valores magnéticos del motor de inducción.

2. MARCO TEÓRICO

1.1 El motor de inducción.-

El motor de inducción recibe este nombre debido a que igual que el transformador opera bajo el principio de inducción electromagnética.

Debido a que este tipo de motores no llega a trabajar a su velocidad síncrona, también se conocen como motores asíncronos.

Por el número de fases se clasifican en general como: trifásicos, bifásicos y monofásicos.

Por el tipo de rotor pueden ser: de rotor devanado y de rotor jaula de ardilla.

Por lo general, se fabrican de varios polos de acuerdo a la frecuencia y a la velocidad de operación.

1.2 Elementos importantes que constituyen un motor de inducción.-

Un motor de inducción está constituido fundamentalmente por los siguientes elementos: estator, rotor, carcasa, y auxiliares como tapas anterior y posterior, rodamientos, ventilador, tornillos de sujeción, caja de conexiones, base y soporte.

La constitución de la máquina de inducción trifásica, en cuanto al rotor y estator, se resume de la siguiente manera:

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EstatorDevanado trifásico distribuido en ranuras a 120º

Tienen tres devanados el estator. Estos devanados están desfasados 2 π/(3P), siendo P el numero de pares de polos de la maquina

Rotor devanado: los devanados del rotor son similares a los del estator con el que está asociado. El número de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que tiene que ser igual es el numero de polos. Los devanados del rotor

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1.3 Principio de funcionamiento del motor de inducción asíncrono.-El principio de funcionamiento del motor de inducción o síncrono, se muestra en el siguiente cuadro:

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Bobinado

Rotor devanado: los devanados del rotor son similares a los del estator con el que está asociado. El número de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que tiene que ser igual es el numero de polos. Los devanados del rotor

Jaula de ardilla

Los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del rotor en el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora las propiedades de arranque y disminuye os ruidos

Rotor

Principio de funcionamiento del motor de inducción o asíncrono

Campo magnético giratorio en el estator

El campo magnético induce f.e.m. en el motor

Circulan corrientes por el motor

Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnetico del estator

Par en el rotor: El rotor gira

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1.4 Conceptos importantes sobre los motores de inducción.-La velocidad de rotación del campo magnético esta dado por:

nsinc = 120 fe P

Donde fe es la frecuencia del sistema hertz y P es el numero de polos en la maquina.

Se expresa la velocidad mecánica del eje del rotor en términos de la velocidad síncrona y del deslizamiento.

nm=(1−s )nsinc

El deslizamiento se define como:

s=nsinc−nmnsinc

En porcentaje, se tendrá:

s=nsinc−nmnsinc

∗100%

La frecuencia en el rotor se puede expresar como:

f r=s f e

f r=nsinc−nmnsinc

f e

f r=p120

(nsinc−nm )

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El rotor gira a una velocidad Nm inferior a la velocidad de sincronismo Nsinc pues en caso contrario no se induciría una fuerza f.e.m. en el rotor por lo tanto no

habría par motor.

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El par de carga aplicado al eje esta dado por:

τ carga=Psalωm

En función a las anteriores ecuaciones, si nm = 0, la frecuencia en el rotor es fr =fe y el deslizamiento s= 1 por lo que el rotor esta inmóvil.Si nm = nsinc, la frecuencia del rotor es fr = 0 y el deslizamiento s = 0 por lo que el rotor opera en vacio.

1.5 Circuito equivalente de un motor de inducción.-

Los motores de inducción dependen para su operación de la inducción de voltajes y corrientes en el circuito del rotor desde el circuito del estator (acción transformadora). Puesto que la inducción de voltajes y corrientes en el circuito del rotor de un motor de inducción es esencialmente una operación transformadora, el circuito equivalente de un motor de inducción será similar al circuito equivalente de un transformador.

En un motor de inducción cuando se aplica voltaje a los devanados del estator, se induce un voltaje en los devanados del rotor de la maquina. El circuito equivalente de una fase será:

Por lo que se tendrá el siguiente circuito aproximado

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Donde R es la resistencia dinámica que produce la carga mecánica (rotor) del motor de inducción, por lo tanto:

R=R2 '

s(s−1)

R=R2 '

s−R2 '

R2' +R=

R2 '

s

Donde la potencia desarrollada por el rotor, tiene la siguiente relación:

Pr=3( I 2' )2R2 '

s(1−s )

1.6 Ensayo en vacio o de rotor libre.-

Consiste en hacer funcionar el motor sin ninguna carga mecánica en el eje, es decir, la maquina trabaja a rotor libre.

El circuito equivalente es como sigue:

En vacío:nm≅ nsinc

Por lo que el deslizamiento:s=0

Y la resistencia dinámica será:

R=R2 '

0(0−1 )=∞

Por lo que:

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I 2'=0

En estas circunstancias, la potencia P0 consumida por el motor es:P0=PCu1+PFe+PPerd .Mec

PCu1≪PFe+PPerd .Mecpues IO≪ I n

Por lo tanto:P0=PFe+PPerd .Mec

Conocidas las pérdidas en PFese podrá calcular la rama en paralelo del circuito equivalente, de acuerdo con las siguientes expresiones:

cos φ0=PFe

m1V 1n I0Donde, para alimentación trifásica: m1=3

IFe=I 0cos φ0

I μ=I 0 sinφ0

RFe=V 1nIFe

X μ=V 1nI μ

3. MATERIAL Y EQUIPO.

Un motor de inducción trifásico, que tiene las siguientes características:o Tensión nominal V = 220 – 380 (V)o Corriente nominal: In = 5,9 – 3,4 (A)o Potencia nominal Pn = 2 (Hp)o Frecuencia nominal f = 50 (Hz)o Velocidad nominal n = 2800 (rpm)

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Un motor de inducción monofasico, que tiene las siguientes características:o Tensión nominal V = 110 - 220 (V)o Corriente nominal: In = 5,9 – 3,4 (A)o Potencia nominal Pn = 2 (Hp)o Frecuencia nominal f = 50 (Hz)o Velocidad nominal n = 2825 (rpm)

Alimentación de tensión trifásica (variable)

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Instrumentos de medición:o Voltímetro "Fluke" 115. o Escala de Tensión: 200 [mV] – 750 [V]AC

200 [mV]– 100 [V] DC

o Amperímetro "Minipa" ET-2082Bo Escala de Corriente: 200 [μA] – 20 [A] AC

200 [μA] – 20 [A] DC

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o Un vatímetro analógico

Cables para conexión

4. CIRCUITO PARA EL LABORATORIO.

5. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO.

Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4 Se debe iniciar el laboratorio con una tensión variable, hasta llegar a una tensión

nominal, donde el motor de inducción está en operación, registrar todas las lecturas.

Realizar el laboratorio con el cuidado respectivo.

6. LECTURAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO

MOTOR TRIFASICO

Motor Mediano:

Corriente de arranque : 8 [A]

Potencia : 2 [HP]

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Lectura nº V [V] I0 [A] P0 = PFe[W] Q0 [VAR]

1 377.5 0.99 120 640.6

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CÁLCULOS:

cos φ0=160

3∗380√3

1.07=0.18

φ0=79.39 °

Con este último, podemos calcular IFe e I μ.

IFe=I 0cos φ0=0.18

I μ=I 0 sinφ0=0.97

Finalmente, mediante estas corrientes es posible obtener los parámetros del circuito equivalente:

RFe=V 1nIFe

=1218.85[Ω]

Por otro lado, se podría calcular la potencia aparente del sgte. modo:

Q0=P0 tanφ0

Q0=640.6 [VAR ]

Motor Pequeño: Corriente de arranque : 2.1 [A]Potencia : 378 [W]

CÁLCULOS:

cos φ0=160

3∗380√3

1.07=0.15

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Lectura nº V [V] I0 [A] P0 = PFe[W] Q0 [VAR]

1 374 0.79 80 513.8

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φ0=81.15 °

Con este último, podemos calcular IFe e I μ.

IFe=I 0cos φ0=0.12

I μ=I 0 sinφ0=0 .78

Finalmente, mediante estas corrientes es posible obtener los parámetros del circuito equivalente:

RFe=V 1nIFe

=1828.2[Ω]

Por otro lado, se podría calcular la potencia aparente del sgte. modo:

Q0=P0 tanφ0

Q0=513.8 [VAR ]MOTOR MONOFASICO

Corriente de arranque : 11 [A]Potencia : 0.5 [c.v.]

CÁLCULOS:

cos φ0=160

3∗380√3

1.07=0.28

φ0=73.5 °

Con este último, podemos calcular IFe e I μ.

IFe=I 0cos φ0=1.08

I μ=I 0 sinφ0=3.68

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Lectura nº V [V] I0 [A] P0 = PFe[W] Q0 [VAR]

1 211.4 3.84 240 810.23

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Finalmente, mediante estas corrientes es posible obtener los parámetros del circuito equivalente:

RFe=V 1nIFe

=203.7[Ω]

Por otro lado, se podría calcular la potencia aparente del sgte. modo:

Q0=P0 tanφ0

Q0=810.23 [VAR ]

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con el presente ensayo de laboratorio, fue posible conocer el circuito equivalente del motor de inducción asíncrono, con sus respectivos parámetros resistivos e

inductivos, en particular los de la rama en paralelo que son RFe Se observaron las ecuaciones que permiten describir el comportamiento de un

motor de inducción así como su principio general de funcionamiento. Se determinó la resistencia y reactancia de la rama paralela del circuito

equivalente, mediante las lecturas experimentales de P0 y I0 y V, que permitieron

calcular φ0. Se realizó experimentalmente el cambio del sentido de giro del motor, invirtiendo

dos fases cualesquiera del sistema en la conexión de salida del vatímetro. Se observó y midió aproximadamente la corriente y la potencia que resultan justo

al comienzo de funcionamiento del motor, dando resultados bastante grandes como se esperaba

8 BIBLIOGRAFIA.

Máquinas electromagnéticas Leander W. Matsch.

Máquinas eléctricas Stephen Chapman

Apuntes de catedra

Internet

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