MÁQUINAS ELÉCTRICAS LABORATORIO No. 7

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1 Nivel: Departamento: Facultad de Estudios Tecnológicos. Eléctrica. Materia: Maquinas Eléctricas I. Docente de Laboratorio: Lugar de Ejecución: Tiempo de Ejecución: G u í a d e L a b o r a t o r i o N o. 7. T I T U L O : P R I N C I P I O D E L M O T O R E S D E I N D U C C I Ó N. I. OBJETIVOS Conocer e interpretar cada uno de los datos de placa de los motores trifásicos de inducción. Realizar las conexiones físicas del motor de inducción trifásico (Jaula de ardilla) en configuración Estrella y en configuración Delta. Ensayar un método para obtener la característica torque-velocidad, de un motor de inducción. Comprobar la inversión del sentido de rotación del campo en el estator cuando se invierten dos fases del sistema de alimentación trifásica. II. INTRODUCCIÓN Elementos de conexiones. A continuación se muestra la forma en que vienen marcados los terminales de conexión de los motores trifásicos. IDENTIFICACION DE TERMINALES NORMA Fase 1 Fase 2 Fase 3 Neutro VDE-DIN R S T S1/Mp USA-NEMA A B C N Principios de las bobinas U V W ---- Finales de las bobinas Z X Y ---- Tabla 7.1. Conexiones. Las formas más comunes de conectar un motor son la conexión en estrella y la conexión en delta y se conectan en las terminales de las bobinas del motor marcadas como Z, X e Y. Este tipo de conexiones se muestra a continuación:

2 Conexión en estrella: consiste en unir los finales de tres bobinas del estator (U2, V2, W2), alimentando solamente sus principios (U1, V1, W1) con las tres fases (R-S-T) de manera que cada bobina recibirá una tensión equivalente a la tensión de fase. Figura 7.1: Conexión en Estrella. Conexión en delta o triángulo: consiste en unir el principio de una bobina con el final de la siguiente (U1-V2, V1-W2, W1-V2), energizando los tres puntos de unión que se obtienen con las tres fases, de tal manera que cada una de las bobinas recibirá una tensión equivalente a la tensión de línea o tensión entre fases. Figura 7.2: Conexión en Delta. Marcado de Motores. Un motor generalmente está marcado con la siguiente información: Nombre del fabricante. Tensión nominal en voltios y corriente nominal en amperios. Frecuencia máxima y número de fases para motores de corriente alterna. Velocidad nominal a plena carga. Potencia nominal del motor expresada en HP o en Kw. Tipo de devanado: paralelo, paralelo estabilizado, compuesto o serie en motores DC. Motores de dos tensiones. La marca corresponde a la tensión que demande mayores KVA/HP, etc. Ejemplo (240/480V). Una de las cualidades del motor de inducción es que puede arrancarse con la carga acoplada al eje, porque presenta un par de arranque. El par de arranque dependerá de la resistencia interna del devanado del rotor, sin embargo nunca será mayor que un valor característico llamado par máximo. Como el par en el motor de inducción se produce como una interacción entre el campo del estator y el campo inducido del rotor, es necesario que la velocidad relativa del rotor con respecto al campo giratorio del estator sea mayor que cero, esto exige que el motor de inducción opere a una velocidad cercana pero inferior a la velocidad síncrona, pues al rotar a la velocidad síncrona no se produciría ninguna inducción en el rotor del motor y el par sería cero. Por lo tanto, aunque la curva par-velocidad corta al eje de la velocidad con par igual a cero para una velocidad menor a la síncrona, indica que el par

3 efectivo en el eje es cero, pero existe un pequeño par electromagnético que está supliendo todas las pérdidas rotacionales del motor. III. MATERIALES Y EQUIPO No. Cantida d Descripción Código 1 1 Motor trifásico de inducción Jaula de ardilla SE G6 2 1 Freno de polvo magnético SE R6 3 1 Unidad de control p/freno de polvo magnético SD S6 4 1 Medidor de factor de potencia 5 1 Voltímetro electrónico SO R6 6 1 Medidor, RMS SO L 7 1 Interruptor de un solo polo SO W 8 1 Fuente trifásica ST D 9 1 Juego de cables Tabla 7.2. IV. PROCEDIMIENTO Parte I: Estructura de la maquina trifásica. Paso 1. Aplicando los conceptos de las estructuras de la maquina trifásica arme un motor de inducción trifásico jaula de ardilla (representado por una bobina en cortocircuito) y verifique el cambio de giro en función del cambio de secuencia de fase, además observe que sucede al desconectar una fase de una de las bobinas. Nota: asuma la siguiente convención: si una corriente entra por el terminal roja y sale por la negra (de la bobina), la pieza polar es un polo norte. Las piezas polares de colores azul, amarillo y rojo corresponden respectivamente a cada una de las fases del sistema trifásico, además usara un voltaje de alimentación de 100 Voltios. Que el instructor le revise el circuito realizado. Parte II: Puesta en marcha del Motor. Conexión Estrella. Paso 1. Arme el sistema ilustrado en la Figura 7.3, mostrada en los Anexos al final de la guía. Paso 2. Ajuste los rangos de los instrumentos de la forma siguiente: Voltímetro electrónico. Voltaje: 300V y Corriente 3A. Medidor RMS. Para medir tensión 300V y para medir corriente: 3A. Selectores en RMS y AC. Unidad de control del freno. SET/START VALUE: A cero (final sentido horario). Nm: x 10. Control Mode: M. Min -1 : x 1. Autom. Limit: 6 Nm. Paso 3. Energice la fuente de alimentación de voltaje y encienda los instrumentos de medición y unidades de control de freno. Paso 4. Cierre el interruptor SW1 y tome las mediciones necesarias para llenar la Tabla 7.3. La lectura de las mediciones de los instrumentos deberá hacerlas lo más rápidamente posible, para evitar el calentamiento excesivo de la máquina.

4 N (RPM) T (N-m) Ia (A) P in Q in S in P out Tabla 7.3. s (desliz.) Eficienc ia Cos ϕ Paso 5. Para medir puntos de la curva entre 0 y 1500 rpm, colocar el selector CONT. MODE en n y pulsar el botón AUTOM. START. Cada vez que active el pulsador tome las lecturas de torque en el instante en que el puntero del medidor pase por cada uno de los valores de velocidad indicados en la Tabla 7.4. Nota: para medir los valores de I A, Cos ϕ, Pin y Qin se deberá desacoplar la máquina del freno, para T (Nm) = 0. N (RPM) T (N-m) Ia (A) P in Q in S in P out Tabla 7.4. s (desliz.) Eficien. Cos ϕ Paso 6. Observe y anote el sentido de giro del extremo derecho del eje del motor (Con el control SET/START VALUE a cero). Paso 7. Abra el interruptor SW1. Luego intercambie los cables de alimentación U y V en SW1. Paso 8. Energice nuevamente el motor y observe el sentido de giro del extremo derecho del eje (con el Control SET/START VALUE a cero).

5 Conexión Delta. Paso 9. Arme el sistema en conexión delta, ilustrado en la Figura 7.4, que se aparece en los Anexos. Paso 10. Energice el motor y tome los siguientes datos. Paso 11. Desenergice el motor e intercambie las líneas de alimentación U y V. Paso 12.. Energice el motor y tome los siguientes datos. Paso 13. Después de realizar esta prueba, regrese las líneas de alimentación U y V a la posición original. Paso 14. Realice las mediciones para completar los datos de la Tabla 7.5. n rmp T (N-m) I A (Amp.) Cos ϕ P in (Watt) Tabla 7.5. P out (Watt) Eficiencia % Parte III: Conexión de un Motor Industrial. Paso 1. Conecte el motor trifásico jaula de ardilla industrial sugerido por el Docente de Laboratorio. Para ello utilice las herramientas necesarias: navaja, tenaza, cinta aislante, etc. Paso 2. De ser necesario deberá identificar las terminales del motor utilizando un óhmetro. Paso 3. Mida el voltaje de alimentación, la corriente de arranque y la corriente de trabajo del motor. Anote sus resultados. V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Parte I. 1. Explique porqué la bobina que representa la jaula de ardilla tiene que estar en cortocircuito. 2. Indique de cuántos polos es la máquina construida. 3. Explique que sucede con el vector campo del estator al retirar una fase.

6 4. Dibuje esquemáticamente el motor didáctico indicando el signo de cada polo e identificando cada fase en la máquina. Nota: Todos los gráficos deberán dibujarse en papel milimetrado. Parte II. 5. Con los datos de la Tabla 7.3 y 7.4, grafique los valores del torque en función de la velocidad de la máquina. 6. En base a la curva obtenida, clasifique la máquina. Explique a que clase pertenece (A, B, C,...). 7. Determine el torque máximo y el torque de arranque. 8. En base a los datos de la Tabla 7.3 plotee las curvas de I A, Cos Ø, P IN, Q IN y P OUT, deslizamiento y eficiencia, todos en función del torque. Plotee estas curvas en un solo sistemas de ejes coordenados. 9. Explique como utilizaría la curva de eficiencia para determinar el torque nominal de ésta máquina. Explique si es aplicable el mismo criterio para motores clasificados en otra clase. 10. Explique como determinar la velocidad (n) en vacío del motor bajo prueba y el número de polos. 11. Determine en que porcentaje es mayor el torque de arranque y el torque máximo, con respecto al torque nominal. 12. Explique si es o no conveniente operar en forma continua a esta máquina bajo torque máximo. 13. Explique como varía Cos Ø, I A, P in y S con respecto al torque. 14. Explique porqué razón al invertir dos fases (intercambiar), se invierte el sentido de giro del eje de la máquina. Explique si deberá afectarse de alguna forma el valor de la corriente de arranque del motor. 15. Grafique los datos de la Tabla 7.5, compárelos con los de la Tabla 7.3 y Tabla 7.4. Explique qué diferencias importantes encuentra en el comportamiento de este motor entre la operación en estrella y en delta. VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 1) Investigue porqué la bobina en cortocircuito es equivalente al rotor jaula de ardilla. 2) Explique si funcionaría la misma bobina para una maquina de 4 polos. 3) Investigue la forma empírica en la que muchos electricistas hacen funcionar el motor trifásico usando una red monofásica y explique cuál es el fenómeno. 4) Investigue sobre las curvas características par-velocidad de los motores clases A, B, C Y D. 5) Investigue sobre las diferencias constructivas en los rotores de los motores clases A, B, C, y D. 6) Investigue si existen otras clases adicionales de motores de inducción, además de las A, B, C, y D. VII. BIBLIOGRAFÍA o Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, o Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill o Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.

7 VIII. ANEXOS Figura 7.3: Conexión Estrella. Figura 7.4: Conexión Delta.