PRÁCTICA No. 6: EL MOTOR ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN

Transcripción

1 1 de 6 PRÁCTICA No. 6: EL MOTOR ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN -INTRODUCCIÓN En esta práctica, se llevara a cabo el despiece de los diferentes motores asíncronos, para la identificación de cada uno de ellos, además de realizar un análisis para calcular ciertos parámetros de importancia. A continuación se muestra una pequeña descripción de estos motores: MOTOR JAULA DE ARDILLA 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, las barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas). La base del rotor se construye con láminas de hierro apiladas. El dibujo muestra solamente tres capas de apilado pero se pueden utilizar muchas más. Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción incitan 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. Esquema del rotor de jaula de ardilla. 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,

2 2 de 6 y debido a las interacciones con las barras del estator. 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 (llamado por ello acero al 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 las barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad. ROTOR BOBINADO En los motores de rotor bobinado, el arrollamiento rotórico está constituido por unas bobinas de hilo de cobre por lo general. Y cuyos extremos están conexionados a unos anillos (anillos rozantes) por los que se alimentaran las bobinas. Para el arrollamiento del rotor se utilizan, conductores de sección circular o rectangular, aislados generalmente con doble capa de algodón o barnices apropiados e introducidos en las ranuras y aislados de ellas y entre sí, por medio de presspan, tela aceitada, etc... Antes de describir los procedimientos de fijación de los arrollamientos del rotor, será conveniente revisar las formas de ranuras existentes y los métodos para aislar los conductores en las ranuras. En los motores de rotor bobinado se emplean ranuras abiertas y sobre todo semicerradas de forma rectangular con una profundidad de aproximadamente 3 a 4 veces el ancho. Las ranuras abiertas tienen la ventaja de que las bobinas que se han construido previamente, pueden colocarse en su posición a través de la parte superior de la ranura y de esta manera el arrollamiento queda montado en poco tiempo; además las bobinas pueden sacarse fácilmente en caso de reparación o de sustitución. Pero las ranuras abiertas aumentan la reluctancia del circuito magnético por lo que en muchas ocasiones, resultan más adecuadas las ranuras semicerradas; estas ranuras permiten que se inserten en ellas bobinas previamente construidas, pero éstas han de tener un ancho no superior a la mitad del ancho de ranura, por lo que el montaje del arrollamiento será algo más costoso. De todas formas y debido a las mejores condiciones magnéticas obtenidas con las ranuras semicerradas, éstas son las más utilizadas en los motores de rotor bobinado para medianas y grandes potencias.

3 3 de 6 Si observamos la apariecia de las ranuras en forma rectangular, se ve inevitablemente dientes de forma trapezoidal, estrechos en la base y más anchos en la cabeza: esta forma no es la mejor desde el punto de vista magnético, ya que en la base del diente existirá mayor densidad de flujo magnético y si se quiere evitar la saturación magnética indebida en la base del diente, el resto de éste no se utilizará a pleno rendimiento; por otro lado, existe el peligro de que si la base del diente es demasiado estrecha puede quedar sometida a un excesivo esfuerzo mecánico cuando gira la máquina. Cuanto menor es el diámetro del rotor, mayor será el estrechamiento del diente debido a la forma rectangular de las ranuras; por esta razón, los rotores para motores de pequeña potencia se construyen con dientes paralelos y ranuras trapezoidales. Esta forma de ranuras no puede contener adecuadamente los conductores de sección rectangular pero resulta muy apropiada para alojar conductores de sección circular que son, precisamente, los que se emplean para máquinas de pequeña potencia. Se elige la forma rectangular porque resulta la más adecuada para contener las barras rectangulares de cobre que se emplean para constituir las bobinas y además esta forma puede adaptarse fácilmente para contener los conductores de sección circular. En cuanto a la forma constructiva del arrollamiento del rotor, se utiliza muchas veces el arrollamiento de barril o de cesta empleando también en los arrollamientos de inducido de corriente continua y, en otras ocasiones, el arrollamiento en varios planos, exclusivo de corriente alterna. Existen diferentes sistemas de fijación de las cabezas de bobina del arrollamiento rotórico mediante zunchos y soportes de fijación: a) Soporte de arrollamiento cilíndrico. b) Soporte de arrollamiento cónico. c) Soporte de arrollamiento abovedado. -OBJETIVO El alumno deberá identificar los tipos de motores asíncronos, (rotor jaula de ardilla y rotor bobinado), además de realizar un análisis en donde se calculen los parámetros de cada motor, es decir, la velocidad de sincronismo, la velocidad del motor, el deslizamiento, la potencia activa, etc.

4 4 de 6 -LUGAR Taller de máquinas pesadas. -SEMANA DE EJECUCIÓN Semana 14 - MATERIAL Y EQUIPO Material 6 clavijas con cable 6 mesas de trabajo. 3 motores asíncronos jaula de ardilla. 3 motores asíncronos de rotor bobinado. Equipo Multímetro digital con cables. 1 Pinza de corte. 1 Pelador de cables. 2 Pares de cables caimán. Desatornillador de cruz. Desatornillador punta plana. Pinza de punta. Cinta aislante. -DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Revisar la placa del motor, y tomar nota de los datos importantes del motor, sino tiene especificarlo. 2. Ojo con mucho cuidado tomar las mediciones de voltaje y de corriente del motor, tomar nota. 3. Marcar las tapas de los motores con un marcador o cinta aislante. 4. Inicie el despiece de cada motor, cuidando de no dañarlo y de no revolver las piezas. 5. Una vez ya desarmadas, identificar el tipo de rotor que contiene. 6. Contar el número de polos que contiene el estator.

5 5 de 6 7. Proceder a la limpieza si el motor lo amerita. 8. Lubricar las partes móviles y proceder al armador del motor. 9. Una vez armado, mantener encendido el motor durante un minuto. 10. Ojo con mucho cuidado tomar las mediciones de voltaje y de corriente del motor, tomar nota. 11. Comparar las partes de cada uno de los motores, buscar sus diferencias y similitudes. 12. Comparar los resultados de las mediciones obtenidos de la prueba del motor en vació, antes y después del despiece. Una vez armado el motor pasar a realizar su análisis, calcular los siguientes parámetros: 1. La velocidad de sincronismo. 2. El deslizamiento. 3. La velocidad real del motor. 4. El voltaje del rotor bloqueado EBR. 5. El voltaje del rotor ER. 6. La frecuencia del rotor. 7. La corriente total del rotor. 8. La potencia de salida del rotor. 9. La potencia activa al rotor. 10. La potencia mecánica desarrollada PM. 11. La potencia mecánica entregada PL. - EVALUACIÓN Y RESULTADOS El reporte final de la práctica será entregado por equipos y deberá incluir portada los siguientes datos: Nombre de la materia Lista de los integrantes del equipo en orden alfabético iniciando por el apellido paterno Carrera Grupo Fecha. El reporte final de la práctica será entregado dos sesiones después de haberse realizado. Las prácticas impresas sólo sirven de guía y referencia, por lo que deberá ser anexada al reporte final. No se aceptan copias fotostáticas del reporte final.

6 6 de 6 Redactar las conclusiones finales de la práctica (de manera individual). Una vez evaluado el reporte correspondiente, escanear y subir al Moodle en el apartado correspondiente. -REFERENCIAS 1.- Stephen J. Chapman, MÁQUINAS ELÉCTRICAS ; 3ra Edicion, Ed. McGraw Hill. Pag, British Aerospace Australia. 2.- Theodore Wildi, 2007, MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y SISTEMAS DE POTENCIA, 6ta edición, Ed. Pearson, México. 3.- Henriquez Harper, MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Ed. Limusa, México. 4.- WiKipedia, Motor jaula de ardilla, tomado de internet, fecha 8 de octubre de WiKipedia, Motor de rotor bobibnado, tomado de internet, fecha 8 de octubre de 2015.