INACAP VALPARAISOING. En ELECTRICIDAD MAQUINAS ELECTRICAS

MOTORES ASINCRONICOS

Nombre Alumno (s): Vctor General. Claudio Guerrero. Ren Hurtado. Nombre Profesor: Enrique Mena

Fecha: 06 de Julio de 2011

INTRODUCCION MOTORES ASINCRONICOS Los motores asncronos o de induccin son un tipo de motores elctricos de corriente alterna. El primer prototipo de motor elctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en espaol, Instituto Americano de Ingenieros Elctricos, actualmente IEEE) en 1888. El motor asncrono trifsico est formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifsicas y estn desfasadas entre s 120. Segn el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifsicas, se induce un campo magntico giratorio que envuelve al rotor. Este campo magntico variable va a inducir una tensin en el rotor segn la Ley de induccin de Faraday:

Entonces se da el efecto Laplace ( efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente elctrica, inmerso en un campo magntico experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultneamente se da el efecto Faraday ( efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magntico se induce una tensin. El campo magntico giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de induccin. La accin mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinmica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magntico se denomina deslizamiento.

Constitucin del motor asncronico Circuito magntico La parte fija del circuito magntico (estator) es un anillo cilndrico de chapa magntica ajustado a la carcasa que lo envuelve. La carcasa tiene una funcin puramente protectora. En la parte interior del estator van dispuestos unas ranuras donde se coloca el bobinado correspondiente. En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magntica fijado al eje. En su periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. El entrehierro de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mnimo posible Circuitos elctricos Los dos circuitos elctricos van situados uno en las ranuras del estator (primario) y otro en las del rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante restatos; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de ardilla. Tambin existen motores asncronos monofsicos, en los cuales el estator tiene un devanado monofsico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequea potencia y en ellos, en virtud del Teorema de Leblanc, el campo magntico es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. Conceptos bsicos de los motores de induccin La velocidad de rotacin del campo magntico o velocidad de sincronismo est dada por:

Donde fe es la frecuencia del sistema, en Hz, y p es el nmero de pares de polos en la mquina. Estando as la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm). El voltaje inducido en cierta barra de rotor est dado por:

Donde : Velocidad de la barra en relacin con el campo magntico : Vector de densidad de flujo magntico : Longitud del conductor en el campo magntico : representa la operacin "producto vectorial" Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en comparacin con el campo magntico del estator. Tipos Constructivos El motor de jaula de ardilla consta de un rotor constituido por una serie de conductores metlicos (normalmente de aluminio) dispuestos paralelamente unos a otros, y cortocircuitados en sus extremos por unos anillos metlicos, esto es lo que forma la llamada jaula de ardilla por su similitud grfica con una jaula de ardilla. Esta 'jaula' se rellena de material, normalmente chapa apilada. De esta manera, se consigue un sistema n-fsico de conductores (siendo n el nmero de conductores) situado en el interior del campo magntico giratorio creado por el estator, con lo cual se tiene un sistema fsico muy eficaz, simple, y muy robusto (bsicamente, no requiere mantenimiento). El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre l en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magntico del estator, del mismo nmero de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho ms complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a travs de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un restato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, as como el reducir la corriente de arranque. En cualquiera de los dos casos, el campo magntico giratorio producido por las bobinas inductoras del estator genera unas corrientes inducidas en el rotor, que son las que producen el movimiento.

PRINCIPIO MOTOR ALTERNO

PRINCIPIO FUNCIONAMIENTO

Constitucin de la Mquina Asncrona Trifsica. Tipos de Motores

Motor con Rotor Bobinado

Motor con Rotor en Jaula de Ardilla

Motor con Rotor en Doble Jaula de Ardilla

Motor con Rotor de Ranuras Profundas

Par en los Motores de Jaula de Ardilla

Experiencia: Ensayo en vaci y en carga de un motor trifsico jaula de ardilla Objetivos: Realizar el montaje de un grupo motor generador para comprobar el funcionamiento en vaco y en carga del motor trifsico jaula de ardilla en vaco y con diferentes grados de carga. Medir Intensidad de arranque. Intensidad de vaco; RPM; Potencia Trifsica. Calcular deslizamiento; Cos ; Rendimiento; Wac; Wdc. Circuito de trabajo.

AW1 W2

A

M 3

G

V

Materiales: Grupo Motor-generador CC. 2 Multmetros. 2 Analizadores Fluke 39. 1 Tacmetro. 1 Ampermetro Tecktronic. Conectores Banana-Banana. Caractersticas del Motor Motor: Maquina de CA de suministra la energa elctrica al generador Datos de placa: MOTEURS LEROS. TYPE NA 132S1 N COS=0, 84 CLE=NV6 (736W) KW= 5,15 KW HZ=50 RPM= 1450 RT%85 TRIANGULO 220 V 18,6 A ESTRELLA 380 V 10,7 A Generador: Maquina que transforma energa mecnica en energa elctrica. Datos de placa: TYPE=C132 N43482 EXC MOTOR VTM PKW GENERATRICE 1500 2, 25 SERVICE S1 CLASE E INDUIT 220V 10A CLASE E

Desarrollo de la Experiencia: Primero revisamos los materiales entregados, adems el docente a cargo de la experiencia nos ensea como es el funcionamiento del tacmetro infrarrojo y el ampermetro tecktronic. Ahora procedemos a revisar el grupo motor generador que vamos a utilizar. En los bornes del motor procedemos a medir resistencia en los bobinados, la cual nos entrega un valor de 1,4 Ohm, adems se mide el aislamiento de los bobinados con respecto a masa, en la cual no hay ningn problema. Procedemos a la conexin del motor, lo conectaremos en ESTRELLA segn su placa caracterstica con respecto con la tensin que poseemos en este laboratorio. Una vez conectado todo el circuito procedemos a energizarlo. El ampermetro Tecktronic mide 75.6 A, esto es la corriente de arranque. Cabe mencionar que los motores asincrnicos tienen una corriente de arranque de 5 a 8 veces la corriente nominal. Continuando con la experiencia procedemos a regular nuestro generador en 220 Vdc, ya con esto iremos paulatinamente incorporando las resistencias en paralelo para provocar una carga de freno al motor trifsico jaula de ardilla. Todo esto queda registrado en la siguiente:

Tabla de valores Obtenidos en la experiencia. VL 378 378 375 375 375 375 375 375 IL 4,9 5,0 5,5 6,05 6,87 7,72 8,6 9,8 W1 -560 220 60 350 660 950 1300 1700 W2 1250 1550 1840 2140 2500 2800 3200 3700 Nr 1498 1493 1490 1485 1480 1475 1471 1466 Vdc 0 240 240 240 240 240 240 240 Idc 0 2,2 4,2 6,3 8,3 10,4 12,5 14,6

Ahora con esta tabla podemos extraer los datos de W1 y W2 para calcular la Potencia Absorbida por el motor. Como se instalaron 2 Wattmetros, utilizaremos el mtodo de Aarn: WT=W1-+W2 Cos resistivo WT= W1 + W2 Cos inductivo WT= -W1+W2 Cos capacitivo WT= W1-W2 Estas condiciones siempre que la secuencia de fase sea positiva. W1 -560 220 60 350 660 950 1300 1700 W2 1250 1550 1840 2140 2500 2800 3200 3700 Pot. Absor 690 1770 1890 2490 3160 3750 4500 5400

Ahora con este clculo de Potencia podemos calcular el Cos , a travs de la siguiente formula:COS = P 3 * VL * IL

Pot. Absor 690 1770 1890 2490 3160 3750 4500 5400

IL 4,9 5,0 5,5 6,05 6,87 7,72 8,6 9,8

Cos 0,21 0,54 0,52 0,63 0,70 0,74 0,80 0,84

Angulo DF 77.57 57.26 58.05 50.67 44.91 41.59 36.33 31.96

Rpm 1510 1500 1490 1480 1470 1460 1450 0 2,2 4,2 6,3

RPM

8,3

10,4 12,5 14,6

Idc

Deslizamiento El Deslizamiento es la diferencia entre la velocidad del campo magntico giratorio del estator y la velocidad real del rotor expresado en %. Se representa por la letra S (%)

S=

hs hr *100 hs

ns 1500 1500 1500 1500

nr 1498 1493 1490 1485

S (%) 0,13 0,46 0,66 1

1500 1500 1500 1500

1480 1475 1471 1466

1.3 1.6 1.9 2.2

S 250 200 150 100 50 015 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00

Puntos Relevantes:

Conclusiones Al realizar esta experiencia podemos comprobar que el motor asincrnico, es uno de los mas convenientes en las maquinas rotativas que entregan energa mecnica, ya que es de fcil instalacin y conexin, adems sencilla la operacin a travs del comando. Como se explico, una de las desventajas de este motor es el mal factor de potencia que tiene al estar girando en vaco. En esta experiencia el motor en vaco de comporto casi totalmente inductivo y una vez aplicada carga el factor de potencia llego a los 0.94. Para m, esta experiencia aporto harto para ampliar mis conocimientos sobre estos motores Los cuales son los ms usados hoy en da. Bibliografa Sitios de Internet alusivos a la asignatura. Conocimientos entregados por el docente.

Experiencia: Ensayo de un motor trifsico asincrnico a induccin de anillos rozantes Objetivos: Realizar el montaje de un motor trifsico de anillos rozantes y comprobar su funcionamiento en vaco, midiendo los valores de sus magnitudes con el circuito del rotor: -Abierto -Cerrado directamente. -Cerrado por medio de resistencias Medir Intensidad de arranque. Intensidad de vaco; RPM; Er; fr; Ir.

Materiales y Equipos: Ampermetro de tenaza: Lo usamos para medir corriente peak en el rotor y estator.

Medidor de frecuencia: Lo usamos para medir la frecuencia en rotor y estator.

Tacometro: Lo usamos para obtener la lectura de velocidad del motor.

Banco de resistencias 100 y 200 : Lo usamos para conectarlas a los anillos del rotor.

Motor de induccin trifsico de anillos rozantes. Tipo 132 M P=4 KW COS &=0.78 LAUTEP Y 150 V /17 A Tensin: 220 V D/380 V Y Corriente: 17 A/9.7 A Frecuencia: 50 Hz Aislamiento: IP 44

Diagrama de conexin con circuito de rotor abierto.

-Se realiza montaje del circuito segn diagrama. -Se conecta el bobinado del estator a la red alterna en estrella y luego se energiza. Como los anillos del rotor estn desconectados el motor funciona como transformador, en donde tomamos las primeras mediciones de voltaje que son las sgtes: Tensin inducida : 149 V Deslizamiento : 82% Frecuencia : 40.6Hz Velocidad : 171 RPM

Al realizar esta medicin el rotor no muestra movimiento as que es desplazamiento es de 100% .Se le da un par al motor con la mano, esto crea un una marcha con giro constante pero muy bajo, sin embargo nos entrega los valores de voltaje inducido y frecuencia cambiando el valor del desplazamiento. Circuito con anillos del rotor en cortocircuito.

-Se realiza el montaje del circuito segn diagrama de conexin. -Solo podemos obtener valores de corriente entre los anillos. -Corriente estator: 65.6 A -corriente rotor: 0.7 A El valor nominal de corriente del motor segn placa es de 17 A. Este valor no corresponde al que obtuvimos a la medicin realizada. Al conectar el motor de esta forma , este se comporta similar al motor jaula de ardilla.

Estos son los valores de corriente tanto en el estator como en el rotor. -Estator: I1 5.5 A I2 5.5 A I3 5.5 A -Rotor. I1 0.7 A I2 0.7 A Los valores de frecuencia son los sgtes: Estator: 50Hz Rotor : 300Hz El valor de frecuencia obtenido en el rotor corresponde la presencia de armnicos en la red.

Circuito con anillos de rotor conectado a resistencias:

Se conectan las resistencias a los anillos para reducir el consumo de corriente en el arranque y aumentar la eficiencia del par motor. Se realiza el montaje segn diagrama. Se utilizan resistencias cuyos valores estn entre 200 y 100. La secuencia de conexin comienza con el mayor valor resistivo y disminuye hasta llegar a 0, desconectando completamente el banco de resistencias.

Los valores de corriente obtenidos tanto en el estator como en el rotor son los sgtes: Primera etapa:

Resistencia de 200 por fase Estator: Ipeak : 18.3 A In : 5.4 A Rotor: Ipeak : 3.6 A In : 0.3 A Velocidad asincrnica : 503 RPM.

Segunda etapa: Resistencia de 100 por fase. In Estator : 5.4 A In Rotor : 0.2 A Velocidad asincronica: 688 RPM. Tercera etapa: Sin resistencias: In Estator : 5.5 A In Rotor : 0.7 A Velocidad asincrnica: 999 RPM. Usando esta forma de conexion en el arranque reducimos la corriente y aumentamos el torque en la partida.

Conclusion: Al conectar el rotor a valores resistivos variables en el arranque logramos reducir los valores de corriente y aumentar el torque, adems de varier la velocidad del motor que , nos puede ser muy til en procesos industriales donde el motor puede funcionar con velocidad y torque variable.

INACAP VALPARAISOING. En ELECTRICIDAD MAQUINAS ELECTRICAS

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

Nombre Alumno (s): Jos Antonio Levicn Soto. Nombre Profesor: Enrique Mena

Fecha: 23 de Junio de 2010