Laboratorio de Mquinas Elctricas IITECSUPMEDICIN DE PARMETROS ELCTRICOS DE UN MOTOR DE INDUCCINI. OBJETIVOS:

Medir los parmetros elctricos y mecnicos de un motor de induccin. Analizar la evolucin de los parmetros de la carga. Comparar los valores de corriente a plena carga y vaco.

II. FUNDAMENTO TERICO:

El motor de induccin es uno de los equipos elctricos de mayor aplicacin en el mbito industrial. Muchos de estos motores de gran capacidad se utilizan en la industria minera, petrolera y del acero, en donde una falla repentina puede tener graves consecuencias, por lo que resulta necesario asegurar su continuidad operativa mediante la deteccin oportuna de fallas incipientes originadas por los esfuerzos elctricos, mecnicos y trmicos, a los que se someten durante su operacin. Conocer a tiempo una falla incipiente permite planear la remocin del motor con fines de mantenimiento y reducir prdidas de produccin.

Los motores asincrnicos o de induccin, por ser robustos y baratos, son los ms extensamente empleados en la industria. En estos motores, el campo gira a la velocidad sincrnica, correspondiente a la frecuencia de la fuente de alimentacin.Tericamente, para el motor girando en vaco y sin prdidas, el rotor tendra la velocidad sncrona. Si al motor, se le aplica momento resistente en su eje, el rotor disminuir su velocidad para que la velocidad relativa con el campo electromagntico giratorio, permita producir un campo electromagntico igual y opuesto al aplicado exteriormente.La velocidad del rotor se estabilizar en un punto de funcionamiento determinado por el equilibrio del momento motor y el resistente.La velocidad angular relativa (necesaria para que sea producido el momento electromagntico motor), expresada por unidad de la velocidad sincrnica; se llama: deslizamiento (prdida de velocidad angular del rotor).

Motores con rotor de jaula para accionamiento de prensas.Para accionar prensas con grados de inercia elevados, se utilizan frecuentemente motores provistos de rotores llamados de deslizamiento o de resistencia. Estos motores tienen una capacidad aproximadamente a slo el 80% de la potencia nominal normal, y presentan un deslizamiento igual al doble de lo normal.La clasificacin del Momento es, por ejemplo, KLI OS (rotor de deslizamiento). Los motores tienen un Momento de arranque de 1,7 veces el Momento nominal (aproximadamente) y absorben una intensidad inicial en el arranque que es igual a unas cuatro veces la intensidad nominal. Motores de muy alto deslizamiento para unidades de bombeo de petrleo.El motor de muy alto deslizamiento est especficamente diseado para impulsar unidades de bombeo de petrleo tipo balancn por varilla de succin.Este es un motor asncrono trifsico de rotor bobinado; sus caractersticas elctricas y mecnicas son diseadas para tener un ptimo comportamiento, libre de fallas, en el duro trabajo de los campos petroleros. Poseen caractersticas que los hacen superiores a los motores con diseo NEMA D y con deslizamientos nominales del 5 al 8%.Considerando las caractersticas particulares, como el funcionamiento y la instalacin a la intemperie en zonas polvorientas, con lluvia y alta humedad relativa, etc., donde deben funcionar durante largo tiempo casi sin mantenimiento, estos motores se construyen completamente cerrados y con ventilacin externa. La clase de proteccin de IP 45 o IP 55 y el aislamiento es de clase F.Los motores de muy alto deslizamiento, comnmente disponen de 9 terminales, lo que permite conectar el motor en cualquiera de las cuatro modalidades de momento: alto, medio, medio-bajo y bajo; para una ptima utilizacin de la capacidad y para facilitar el esfuerzo operacional en la unidad de bombeo. Se fabrican con momentos de arranque promedio 330, 230, 200 y 180% del nominal para sus modalidades de alto, medio, medio-bajo y bajo torque, respectivamente. Mientras que los motores convencionales se fabrican con momentos promedio de 200 % del nominal. Si en el motor convencional la demanda de momento excede este nivel, el motor arrancar y se frenar. Lo contrario sucede en el motor de muy alto deslizamiento, que, con el aumento de la demanda de momento disminuir su velocidad a medida que la demanda de momento aumenta. Los motores de muy alto deslizamiento presentan, respecto a los del diseo NEMA D una enorme ventaja: la corriente de arranque es mucho ms baja, aproximadamente la mitad, lo que significa cadas de tensin en los bornes del motor mucho menores, consecuencia sumamente importante para un arranque satisfactorio, pues el momento del motor, como ya se ha visto, vara en forma proporcional con el cuadrado de la tensin en los bornes.Clasificacin de los motores de induccin de jaula de ardilla de acuerdo con el enfriamiento y el ambiente de trabajo.Los motores comerciales de induccin de jaula de ardilla, y en general todos los motores elctricos, se pueden clasificar tambin de acuerdo con el ambiente en que funcionan, s tambin como en los mtodos de enfriamiento.La temperatura ambiente juega un papel importante en la capacidad y seleccin del tamao de armazn para una dnamo, parte importante del motivo es que la temperatura ambiente influye en la elevacin permisible de temperatura por sobre los 40 C normales.Tambin se hizo notar que la hermeticidad de la mquina afecta a su capacidad. Una mquina con una armazn totalmente abierta con un ventilador interno en su eje, permite un fcil paso de aire succionado y arrojado. Esta caja origina una temperatura final de trabajo en los devanados, menor en comparacin que la de una mquina totalmente cerrada que evita el intercambio de aire con el exterior.Esto da como resultado que existe una clasificacin de los motores por el tipo de carcasa.

TIPOS DE CARCASAS.La NEMA reconoce los siguientes: Carcasa a prueba de agua. Envolvente totalmente cerrada para impedir que entre agua aplicada en forma de un chorro o manguera, al recipiente de aceite y con medios de drenar agua al interior. Carcasa a prueba de ignicin de polvos. Envolvente totalmente cerrada diseada y fabricada para evitar que entren cantidades de polvo que se puedan encender o afectar desempeo y capacidad. Carcasa a prueba de explosin. Envolvente totalmente cerrada diseada y construida para resistir una explosin de un determinado gas o vapor que pueda estar dentro de un motor, y tambin para evitar la ignicin de determinado gas o vapor que lo rodee, debido a chispas o llamaradas en su interior. Carcasa totalmente. Cerrada envolvente que evita el intercambio de aire entre el interior y el exterior de ella pero que no es lo suficiente mente cerrada para poderla considerar hermtica al aire. Carcasa protegida al temporal. Envolvente abierta cuyos conductos de ventilacin estn diseados para reducir al mnimo la entrada de lluvia o nieve y partculas suspendidas en el aire, y el acceso de estas en las partes elctricas. Carcasa protegida. Envolvente abierta en la cual todas las aberturas conducen directamente a partes vivas o giratorias, exceptuando los ejes lisos del motor, tienen tamao limitado mediante el diseo de partes estructurales o parrillas coladeras o metal desplegado etc. Par< evitar el contacto accidental con las parte vivas Carcasa a prueba de salpicaduras. Envolvente abierta en la que las aberturas de ventilacin estn fabricadas de tal modo que si caen partculas de slidos o gotas de lquidos a cualquier ngulo no mayor de 100 con la vertical no puedan entrar en forma directa o por choque de flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro. Carcasa a prueba de goteo. Envolvente abierta en que las aberturas de ventilacin se construye de tal modo que si caen partculas slidas o gotas de lquido a cualquier ngulo no mayor de 15 con la vertical no pueda entrar ya sea en forma directa o por choque y flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro. Carcasa abierta. Envolvente que tiene agujeros de ventilacin que permiten el flujo de aire externo de enfriamiento sobre y alrededor de los devanados de la mquina.El costo y el tamao de los motores totalmente cerrados es mayor que el de los motores abiertos, de la misma potencia y ciclo de trabajo y elevacin sobre la temperatura ambiente.Rendimiento y factor de potenciaEl rendimiento h y el factor de potencia cos se indican en las tablas de seleccin, referidos a la potencia nominal (100% de carga), a la tensin nominal y a la frecuencia nominal. En los diagramas que a continuacin se exponen, se han supuesto valores medios para h y cos , para motores con rotor de jaula de 1800 rpm y potencias comprendidas entre 0,1 y 1000 kW.

Cuando haya que reducir mucho la potencia, los motores tendrn valores de servicio ms desfavorables, que son los indica-dos en este catlogo. Los valores de servicio de los motores con potencias diferentes a las nominales varan del siguiente modo: el deslizamiento se altera, aproximadamente, en proporcin directa con la potencia. El rendimiento y el factor de potencia cos deben ser extrados de la tabla siguiente para cargas parciales.

III. EQUIPOS Y MATERIALES:CantidadDescripcin

01 Fuente de alimentacin

01Motor de induccin

01Motor de impulsor / freno

01Faja de acoplamiento

01Interfaz de adquisicin de datos

01Computadora

01Tacmetro digital

Cables de conexin

01Conector con terminal USB

IV. PROCEDIMIENTO:A. DATOS DE PLACA DATOS DE PLACA

Fabricante:Lab-Volt

N de Serie:8221-07

Potencia Nominal:175w

Tensin Nominal:220/380 V

Corriente Nominal:0.48 A

Frecuencia Nominal:50/60 Hz

Velocidad Nominal:50 Hz: 1395 r/min60 Hz: 1650 r/min

A. CONDICIN DE VACO.

1) Efectuar las conexiones segn se muestra en la figura. 5 partir de la fuente variable conectar las entradas de medicin de tensin y corriente a la interface de adquisicin de datos y de all al motor de induccin, cuya conexin est en estrella.

An no colocar la faja de acoplamiento.

Verificar que la tensin de alimentacin variable se encuentre al mnimo.

Conectar el cable con terminal USB de la tarjeta de adquisicin de datos a la computadora.

Conectar los terminales T, N y de referencia desde cara frontal del motor impulsor/freno a la tarjeta de adquisicin de datos.

Conectar la tarjeta al borne de tierra de proteccin.

Conectar la alimentacin DC de 24V a la interface de adquisicin y al motor impulsor/freno.

Correr el software LVDAM-EMS y seleccionar los parmetros a medir. Los parmetros a medir son: Las tensiones de fase E1, E2, E3, las corrientes de lnea I1,l2 e I3. Luego seleccionar las potencias activas por fase p1, p2 y p3; torque en N-m con Ia opcin (NC) sin corregir, velocidad (N) en r.p.m., potencia mecnica (pm) en vatios, Factor de potencia promedio (tomando en cuenta las tres fases). eficiencia (pm/p1), Torque con la opcin (C) corregido.

2) Energizar el circuito trifsico cerrando el interruptor principal y regular la tensin a 380v.3) Como la faja no se encuentra acoplado, medir la velocidad con el tacmetro digital.4) Anotar los valores de tensin, corriente, factor de potencia y velocidad.

E1=219.2 VE2=220.1 VE3=229.4 V

I1=0.255AI2=0.259 AI3=0.249 A

Fdp=0.169No=1794 rpm

5) Reducir el nivel de tensin trifsica de la fuente a cero y abrir el interruptor.6) Responder las siguientes preguntas:

a) Calcular la corriente de vaco (Io)

b) Calcular la relacin entre corriente de vaco y la corriente de plena carga (Io/In) *100.Donde la corriente nominal (In) es la del dato de la placa.

c) Cul es la razn que el factor de potencia en la condicin de vaco sea muy bajo?

La principal causa que origina variacin en el factor de potencia en los motores elctricos es la carga acoplada al motor, el cual deber mover durante su periodo de trabajo; en este caso no haba carga por consiguiente la potencia reactiva no era tan elevada con respecto a cundo el motor trabaja con una carga.

d) Calcular la velocidad sncrona (Ns).

e) Calcular el deslizamiento en la condicin de vaco (So).

B. CONDICIN CON CARGA.

1. Verificar que el motor est detenido.Colocar la faja de acoplamiento entre el motor y el motor impulsor/ freno.Verificar que el control de motor impulsor/ freno se encuentren en mnimo.2. Incrementar la tensin de alimentacin hasta obtener la tensin nominal del motor entre sus terminales.3. Poner el control de par ubicado en el motor impulsor / freno al mnimo de tal manera que indique 0,0 N-m en el eje.4. Verificar que la tensin se mantiene en la tensin nominal. Luego registrar los datos en la tabla elaborada por el software.5. Incrementar la carga en 0,1 N-m y repetir el paso (4) hasta el valor de 1,1 N-m.6. Reducir el nivel de tensin de la fuente variable al mnimo, pero sin apagar la fuente.7. Con ayuda del software MICROSOFT EXCEL, obtener los siguientes grficos y comentar cada uno de ellas:

a) En la grfica podemos apreciar que la corriente no aumenta linealmente con el Torque en el eje, sino que aumenta en forma de una semi- parbola al aumentar la carga en el eje.

En la grfica podemos apreciar que a medida que aumentamos la carga en el eje, la velocidad tiende a disminuir.

En la grfica podemos apreciar que la potencia reactiva consumida por el motor no cambia significativamente conforme aumenta la carga, mientras que la potencia activa si se incrementa en forma significativa con el incremento de la carga, logrndose de esta manera que el FP se incremente notablemente, llegando a ser mximo cuando el motor trabaje a plena carga o cercano a l.

En la grfica podemos apreciar que el Factor de Potencia empieza a aumentar cuanto ms se incrementa la carga en el eje, llegando a ser mximo cuando el motor trabaje a plena carga o cercano a l.

En la grfica podemos apreciar que la curva empieza a aumentar rpidamente desde cero a valores altos como se aprecia en la grfica mientras se aumente la carga en el eje.

En la grfica podemos apreciar que mientras aumenta la carga en el eje, la potencia en es este tambin aumenta.

CUESTIONARIOA. Calcular el desplazamiento, rendimiento, factor de potencia y regulacin de velocidad a plena carga, comparar estos resultados con los obtenidos en el software.

Fdp=0.79

B. Cmo influye la carga (conectada en el eje) en la eficiencia de un motor de induccin?

Conforme se va aumentando la carga, la eficiencia tambin aumentaba. Por consiguiente la corriente aumentaba, en este caso se lleg hasta la corriente nominal.

C. En el supuesto caso que se incremente la longitud del entrehierro de un motor, que podra suceder.La Zona de Falla del Entrehierro describe la distancia entre el rotor y estator dentro del motor. Si la distancia no es igual a travs de la circunferencia quiere decir que existe excentricidad del entrehierro. Las variaciones del campo magntico en el entrehierro crean desequilibrios en el flujo de corriente y puede ser identificado en el espectro de corriente.

D. Establezca por lo menos cinco diferencias entre los motores de alta eficiencia y los motores estndar (de preferencia del mismo fabricante)NMotor de alta EficienciaMotor Estndar

01Mayor precioMenor Precio

02Alta eficiencia Eficiencia Baja

03Mayor tiempo de vida tilTiempo regular de vida til

04Menor consumo elctricoAlto consumo de energa

05Menor perdidasAltas perdidas

E. Obtenenga los datos de placa o caractersticas nominal de un motor de induccin jaula de ardilla, de preferencia de para una potencia de Motor Jaula de Ardilla de 4 polos220/380 V 50/60 Hz

Requisitos de alimentacin220/380 V

Potencia: Nominal de Salida Tensin Estator Velocidad de carga completa

Corriente a plena carga175 W

220/380 V, 3-Fase

50 Hz: 1395 r/min60 Hz: 1650 r/min

0.48 A (50/60 Hz)

Caractersticas Fsicas: Dimensiones Peso Neto308 x 291 x 440 mm ( 12.1 x 11.5 x 17.3 in)

13.5 kg (29.7 lb)

V. CONCLUSIONES.

Se reconoci los parmetros de media establecida que se le hacen a un motor de induccin.

Se logr analizar los parmetros de medidas en funcin de la carga conectada.

La potencia reactiva consumida por el motor no cambia significativamente conforme aumenta la carga, mientras que la potencia activa si se incrementa en forma significativa con el incremento de la carga, logrndose de esta manera que el FP se incremente notablemente, llegando a ser mximo cuando el motor trabaje a plena carga o cercano a l.

Conforme la carga aumenta la eficiencia aumenta a su vez la corriente tambin aumenta, por ende hay que tener cuidado de sobrepasar su corriente nominal para evitar el deterioro del equipo.

Jorge8