CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS JI GUÍA DE LABORATORIO

ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO Y ROTOR BLOQUEADO EN EL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO

1.- OBJETIVO: El alumno deberá de determinar los parámetros del circuito equivalente del motor trifásico de inducción aplicando los ensayos de vacío y de rotor bloqueado, comparando los resultados con el circuito equivalente del transformador.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO: El motor asíncrono de corriente alterna se considera el motor industrial por excelencia, o causa de la sencillez y fortaleza de su construcción, así como por su seguridad de funcionamiento. Analizaremos, a continuación, el motor asíncrono conectado a una red trifásica, que es el más utilizado en la industria actual.

ENSAYO DE VACIO

Condiciones del ensayo: se deja girar libremente el rotor del motor, sin carga mecánica acoplada a su eje. En estas condiciones la velocidad de giro del motor estará muy cercana a la velocidad de sincronismo, de tal forma que ⇒ s → 0 ⇒ m2·Rr·[(1-s) / s] → es muy grande, mucho mayor en módulo que la rama serie que tiene asociada ( (Re + m2·Rr ) + j· (Xe + m2·Xr ).La tensión que se aplica es la nominal, es decir

Ve=VeNMedidas a realizar: en las condiciones anteriores se mide la tensión del estator: VeN , la corriente absorbida por el motor:Ie y la potencia total absorbida, por el método de los dos vatímetros o conexión Arón.

Montaje a realizar:

En el caso de que se disponga de un analizador de red trifásico, que incluye un vatímetro trifásico, un amperímetro y un voltímetro, el montaje a realizar sería:

Si realizamos el balance de potencias, tenemos que:

PABSO RBIDA=PCU+PFE+PMEC Á NICA TOTAL=PCU+PFE+PMEC Á NICA Ú TIL+ PP É RDIDAS MEC Á NICAS(en valores totales, es decir los de fase multiplicados por tres)PMEC Á NICA TOTAL=PMEC Á NICA Ú TIL+PP É RDIDAS MEC Á NICAS=PP É RDIDAS MEC Á NICAS(PMEC Á NICA Ú TIL=0 puesto que no hay carga mecánica acoplada al eje)PCU <<< (debido a que la corriente absorbida ¿) << (Ir /m)NOMINAL)

⇒ PCU≪PFE+PP É RDIDAS MEC Á NICASPor tanto:

PABSORBIDA=PFE+PP É RDIDAS MEC Á NICAS

El circuito equivalente que nos queda, en el caso del ensayo en cortocircuito es:

PFE son las pérdidas en el hierro nominales y PP É RDIDAS MEC Á NICAS son las pérdidas mecánicas nominales.El problema que se plantea en este ensayo es que la potencia absorbida por el motor funcionando a rotor libre, que es la potencia medida por los dos vatímetros en conexión Arón, es la suma de las pérdidas en el hierro más las pérdidas mecánicas. Es necesario separarlas, para ello, se procederá de la siguiente forma: comenzando por la tensión nominal de alimentación, se irán realizando sucesivas medidas de potencia a diferentes tensiones, hasta llegar a una tensión de alimentación de aproximadamente el 25% de la tensión nominal, construyendo una gráfica como la que se muestra en la figura adjunta.

Una vez construida la gráfica anterior, se prolongará dicha curva hasta que corte al eje de ordenadas. El punto de corte nos indica las pérdidas mecánicas. Por tanto a la tensión nominal de alimentación, las pérdidas en el hierro serán la potencia total absorbida menos las pérdidas mecánicas, es decir:

PFE=PABSORBIDA−PP É RDIDAS MEC Á NICASNótese que las pérdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace prácticamente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para diferentes tensiones de alimentación, con lo que las pérdidas mecánicas se pueden considerar constantes.Una vez separadas las pérdidas en el hierro de las pérdidas mecánicas, tenemos que:

Rp=(VeN DE FASE)2

PFE DE FASE

XM= 1

√( IV DE FASEVeN DE FASE )

2

−( 1RP )

2

ENSAYO A ROTOR BLOQUEADO

Condiciones del ensayo: se bloquea el rotor de la máquina, de tal forma que ω=0⇒ s=1⇒m2 ·Rr ·[(1−s)/ s]=0 (indica que no hay transformación de energía eléctrica en energía mecánica)Con el rotor bloqueado, se comienza a aplicar tensión por el estator hasta que la corriente por el estator sea la nominal, en estas condiciones se cumple que:

Ve=VeCCIe=IeN

Medidas a realizar: en las condiciones anteriores se mide la tensión del estator: VeCC , la corriente absorbida por el motor: IeN y la potencia total absorbida, por el método de los dos vatímetros o conexión Arón.

Montaje a realizar:

Si se dispusiera de un analizador de red trifásico, que incluye tanto un vatímetro trifásico, como un voltímetro y un amperímetro, el montaje a realizar sería:

Si realizamos el balance de potencias, tenemos que:PABSORBIDA=PCU+PFE+PMEC Á NICA TOTAL=PCU+PFE+PMEC Á NICA Ú TIL+PP É RDIDAS MEC Á NICAS(en valores totales, es decir los de fase multiplicados por tres)PMEC Á NICA TOTAL=PMEC Á NICA Ú TIL+PP É RDIDAS MEC Á NICAS=0 (rotor parado)PFE≪¿¿ VeCC≪VeN ¿⇒PFE≪PCUPCU son las pérdidas en el cobre nominales.Por tanto,

PABSORBIDA=PCU

El circuito equivalente que nos queda, en el caso del ensayo en cortocircuito es:

De donde, se tiene que:

ℜ+m2 ·Rr= PCU DE FASE

( IeN DE FASE )2

Xe+m2 · Xr=√(VeCC DE FASEIeN DE FASE )

2

− (ℜ+m 2· Rr )2

3.- ELEMENTOS A UTILIZAR: Para los fines del ensayo se utilizará:.

Auto transformador trifásico

Multimetro Vatimetro

Motor Asicrono

4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:

•Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida).

DATOS DE PLACA

cosØ : 0.87

RPM: 1660

Frecuencia: 60 Hz

Potencia: 1 HP

Conexión: 220 DD/380 YY/440 DY

Corriente: 3.5 A / 2.0 A / 1.75 A

Vel. Rotor: 1660 rpm

• Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia de las bobinas del estafar de cada fase y determinar el valor promedio de la resistencia por fase para el modelo equivalente por fase del motor de inducción trifásico

Resistencia (Ω)

R-S 5.573

S-T 5.560

T-R 5.563

Rprom 5.5653

• Reconocer los terminales de los motores y realizar el esquema de conexiones de los instrumentos y fuentes que permitan hacer los ensayos para determinar los parámetros por fase correspondientes

• Medir con los instrumentos adecuados el valor de la tensión de alimentación del ensayo en vacío, la corriente que toma de la fuente y la potencia que absorbe en el ensayo de vacío.

Ensayo de vacio

V0(V)

(nominal DD)W1(W) W2(w) I(A) W1+W2

228 240 430 2.7 670

• Desarrolle el ensayo de rotor bloqueado siguiendo estrictamente las indicaciones del docente, tomando las previsiones adecuadas para evitar ACCIDENTES.

Ensayo de rotor bloqueado

Vlinea (V) W1(W) W2(W)I(A)

(nominal DD)W1+W2

48 30 150 3.5 180

• Con la información recolectada dibujar el modelo equivalente por fase con tos valores que le correspondan a los diferentes elementos del circuito equivalente.

5.- CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN

5.1.- Determine los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción en la condición de vacío.

cosφo=

P fe

3V nom I o

=

6703

228∗2.7=0.3628

φo=acos (0.3628 )=68.7277

I rfe=I o∗cos φo=2.7∗0.3628=0.9796 AI u=I o∗senφo=2.7∗sen(68.7277)=2.5160 A

R fe=V 1

I fe

= 2280.9796

=232.7481ΩXu=V L

I u

= 2282.5160

=90.62Ω

5.2.- Describa la forma de separar las pérdidas rotacionales del motor, en el ensayo de vacío.

Se procederá de la siguiente forma: comenzando por la tensión nominal de alimentación, se irán realizando sucesivas medidas de potencia a diferentes tensiones, hasta llegar a una tensión de alimentación de aproximadamente el 25% de la tensión nominal, construyendo una gráfica como la que se muestra:

Una vez construida la gráfica anterior, se prolongará dicha curva hasta que corte al eje de ordenadas. El punto de corte nos indica las pérdidas mecánicas. Por tanto a la tensión nominal de alimentación, las pérdidas en el hierro serán la potencia total absorbida menos las pérdidas mecánicas, es decir:

PFE=PABSORBIDA−PP É RDIDAS MEC Á NICASNótese que las pérdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace prácticamente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para diferentes tensiones de alimentación, con lo que las pérdidas mecánicas se pueden considerar constantes.

5.3.- De acuerdo a los registros de los instrumentos determinar los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción con el rotor bloqueado.

cosφcc=

Pcc

3V cc I nom

=

1803

48∗3.5=0.3571

φcc=acos (0.3571 )=69.0778

Rcc=V cc

I nom

∗cosφcc=483.5

∗0.3571=4.8974Ω

X cc=V cc

I nom

∗sen φcc=483.5

∗sen (69.0778 )=12.8101Ω

Rcc=R1+R2'

X cc=X1+X2'

X1=X2'

Rprom

Rprom=3R1/¿ (3 R1+3R1)

Rprom=3 R1 ∙6 R1

9 R1

Rprom=2R1¿>R1=R prom

2=5.5653

2=2.7826

Rcc=R1+R2'

R2' =Rcc−R1=4.8974−2.7826=2.1148Ω

X cc=X1+X2'

X1=X2' =

Xcc

2=12.8101

2=6.4051Ω

5.4.- Determinar el deslizamiento del motor en la prueba de vacío y graficar el circuito equivalente por fase para esta condición de operación

ns=1825 rpmnm=1660 rpm

s=ns−nm

ns

∗100 %

s=1825−16601825

∗100 %

s=9.04%

6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Describa las observaciones y conclusiones en forma clara y precisa sobre el tema desarrollado en la sesión de laboratorio Indicar por lo menos 6

Cuando se bloquea el rotor el motor de inducción se comporta como un transformador ya que la frecuencia del estator es igual a la frecuencia del rotor.

En el ensayo de rotor bloqueado, no consideramos la rama en paralelo debido a que las pérdidas en el hierro son casi despreciables como la corriente que pasa por Xu; esto se debe la tensión de ensayo es muy reducida.

En el ensayo de vacio las perdidas del motor deben de ser igual a la potencia de entrada del mismo, las perdidas en el rotor se desprecian debido a que I 2 es extremadamente bajo.

Las pérdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace prácticamente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para diferentes tensiones de alimentación, con lo que las pérdidas mecánicas se pueden considerar constantes.

Se debe señalar en la prueba de vacío que el motor asíncrono no puede girar a la velocidad de sincronismo, ya que I 2

' sería nula y no existiría ningún par electromagnético en el eje. Se comprobó que el deslizamiento en el ensayo de vacío es un valor muy pequeño por lo

que la resistencia de carga tiene un valor muy elevado pero no infinito.

7.- BIBLIOGRAFIA

Indicar la bibliografía consultada en la elaboración del informe, y de haberse utilizado información de la red indicar la dirección WWW.

MAQUINAS ELECTRICAS. Jesús Fraile Mora. Serv. Publicaciones de la E.T.S. de ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid.

MAQUINAS ELÉCTRICAS. Stephen J. Chapman. Mc Graw Hill

MAQUINAS ELÉCTRICAS. Fitzgerald, Kingsley y Umans. Mc Graw Hill

http://html.rincondelvago.com/motores-asincronos-trifasicos.html

www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

Jefe de Practicas: Ing. Luis A. Chirinos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE PRODUCCION Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

CURSO:LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

TEMA:

ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO Y ROTOR BLOQUEADO EN EL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO

GRUPO:“A”

DOCENTEING. LUIS CHIRINOS

PRESENTADO POR:ARAGÓN VELÁSQUEZ, MÓNICA

AREQUIPA - PERÚ 2013