UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Escuela de Ingenieras Elctrica, Electrnica y de Telecomunicaciones Perfecta Combinacin entre Energa e Intelecto

INFORME MAQUINAS ELECTRICAS I

1. OBJETIVOS Conocer los diferentes modelos equivalentes del motor de induccin Entender y analizar las diferentes pruebas existentes para determinar los parmetros de los modelos del motor asncrono. Comprender las diferentes prdidas que se presentan en la mquina y conocer en que elemento se reflejan. Afianzar los conceptos con la realizacin de un problema real. 2. MARCO TEORICO Para el estudio detallado de los motores de induccin es necesario trabajar con un modelo elctrico que represente las caractersticas de la mquina, ya que nos proporciona informacin esencial, como corrientes, tensiones y algo muy importante, la distribucin de la potencia absorbida de la red y en qu elementos se ve reflejadas estas potencias disipadas. Los motores de induccin se reflejan por medio de un circuito que es similar al ya estudiado en los trasformadores ya que el principio de funcionamiento de estas mquinas es la induccin electromagntica; en el caso del transformador esta induccin se haca desde la bobina primaria a la secundaria y anlogamente en el motor se induce desde el cuerpo de la maquina (estator) hacia el rotor. Existen dos modelos ms utilizados en los motores de induccin, los cuales son:

Modelo simplificado

Modelo completo

Rc es llamada resistencia de carga y representar el efecto equivalente a la carga mecnica que lleve el motor. R2 es la resistencia del rotor (vista desde el estator). La determinacin de cada uno de los componentes de la grfica se determinan mediante pruebas similares a la de los transformadores; estas pruebas son:

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Prueba de Vaco: Consiste esencialmente en alimentar el motor a la tensin nominal y dejar que el rotor gire libremente. Como el rotor gira sin ninguna carga (excepto a la generada por el rozamiento), la velocidad del rotor ser aproximadamente igual a la velocidad sincrnica, por lo tanto el desplazamiento tiende a cero y la impedancia generada por carga Rc ser muy grande, generando que toda o la mayor parte de la corriente absorbida durante el ensayo se vaya por la rama magnetizante, reduciendo el circuito como se muestra a continuacin:

En esta prueba se determinan las resistencia del rotor y las reactancias del rotor y del estator. Cabe mencionar que el error cometido en el modelo aproximado del motor de inducciones ms grande que el de los transformadores, debido a la existencia del entrehierro. 3. PROCEDIMIENTO Para la determinacin de los parmetros del circuito equivalente del motor de induccin se realizan pruebas semejantes a la de los transformadores. Ensayo de vaco: En este ensayo ser posible calcular la resistencia R0 y reactancia X0 de la rama magnetizante del circuito equivalente de los motores asncronos estudiados en el laboratorio, de rotor devanado y jaula de ardilla; estos valores representan las perdidas en el ncleo presentes en el estator de la mquina. Para llevar a cabo la prueba se fue incrementando la tensin de la fuente de alimentacin, de cero hasta la tensin nominal; en nuestro caso tomamos como voltaje nominal 220 v, ya que mirando la placa del motor es la tensin asignada cuando el estator de la maquina se conecta en Y (estrella). Dejando que el motor gire libremente se tomaron datos de corriente de lnea (corriente de vaco) y potencia activa trifsica por medio de la conexin arn.

Permitiendo determinar los parmetros de la resistencia Ro y la reactancia Xo. Hay que tener en cuenta que la potencia absorbida en esta prueba es igual a las prdidas del cobre del estator, a las perdidas mecnicas y las prdidas en el hierro. Prueba de rotor bloqueado: En esta prueba bloqueamos el motor de tal forma que el rotor no gire, aplicamos tensin reducida, llevando la corriente de lnea alcance el valor nominal del motor. Como el rotor est parado el desplazamiento de la maquina es uno [1], lo que indica que la resistencia de carga Rc se transforme en corto. Al quedar solo la resistencia del rotor (que es mucho ms pequea que la resistencia Ro), la mayor parte de la corriente absorbida pasa por esta resistencia, por lo que en esta prueba no se tiene en cuenta la rama magnetizante.

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Se utilizaron transformadores de corriente CT para proteger la bobina de corriente de los watmetros. Lo anterior se puede ver en la siguiente figura.

Aunque la corriente nominal del motor de rotor devanado es de 9,4[A], el motor solo se llev a 8[A], debido a que es la mxima corriente de la fuente de alimentacin (autotransformador). Las medidas tomadas fueron las siguientes Motor Jaula de Ardilla Acc= 7 [A] W1= 220 [W] W2 = 104 [W]

Las medidas tomadas fueron las siguientes Motor Jaula de Ardilla A= 4,8 [A] W1= 560 [W] W2 = -320 [W] VL = 220,2 [V] Motor de rotor devanado A= 7,6 [A] W1= 960 [W] W2 = -560 [W] VL = 219,8 [V] Ensayo de Rotor Bloqueado o cortocircuito: Para este ensayo se realiz el mismo montaje mostrado anteriormente. En esta prueba se determinan la resistencia Re y reactancia Xe del circuito aproximado, estos valores nos determinan las prdidas de cobre de los arroyamientos del estator y del rotor de la mquina. Para la toma de datos se procede a bloquear el motor (no permitir que el rotor gire), se va incrementando la tensin aplicada (voltaje reducido) hasta que la corriente de lnea alcance el valor nominal del respectivo motor (valor de placa) y se registran las medidas ya mencionadas.

VLcc = 50,7 [V] Motor de rotor devanado Acc= 8 [A] W1= 280 [W] W2 = 140 [W] VLcc = 61,8 [V]

4. ANALISIS DE DATOS Los procedimientos solo se especificaran para el motor de rotor Jaula de ardilla; ya que para el motor de rotor devanado estos son similares. Determinacin de R0 y Xo del ensayo de vacio. Ecuaciones que se tendrn en cuenta: Como las potencias se realizaron por medio de la conexin arn la potencia total absorbida trifsica es: W0 = W1+ W2

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Como el rotor esta en vaco esta potencia absorbida hace referencia a las perdidas mecnicas Pm, perdidas en el hierro Pfe, y a las perdidas en el cobre del estator. Restator = 2 ( )

Como no se tomaron datos para la determinacin de las perdidas mecnicas, estas no se tendrn en cuenta.

( ( ( ( ) )

Los valores hallados hacen parte del modelo elctrico simplificado del motor de induccin vistos desde el estator. Valores del modelo completo del motor.

Resistencia equivalente vista desde el estator.

Reactancia equivalente vista desde el estator Determinacin de Re y Xe del ensayo de rotor bloqueado. Ecuaciones que se tendrn en cuenta: W0 = W1+ W2 Como no se tiene ninguna informacion hacerca de estas reactancias algunas bibliografias nos recomienda en base a la experiencia utilizar la siguiente ecuacion.

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Lo anterior es balido si el motor estudiado pertenece al tipo de Diseo A.

Pruebas de rotor bloqueado

Modelos Simplificado del motor de rotor Jaula de Ardilla Valores del modelo completo del motor.

Los valores anteriores estan referidos desde el estator. Circito visto desde el lado del estator Modelos Completo del motor de rotor Jaula de Ardilla Modelos Simplificado del motor de rotor Debanado

Modelos Completo del motor de rotor Debanado

Parmetros del motor de rotor devanado Pruebas de vaco

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5. RESOLUCION DE PROBLEMAS Para el motor de rotor jaula de ardilla y un deslizamiento de 6% determine las prdidas del motor y su eficiencia bajo esta condicin de carga. Utilice el modelo del motor simplificado. ( )

Potencia convertida:

Para determinar la eficiencia es necesario conocer la potencia de entrada, para esto necesitamos saber la corriente de la rama magnetizante. S(deslizamiento)=0,06 Con el desplazamiento dado podemos determinar el efecto equivalente de la carga en la resistencia de carca Rc (vista desde el estator) ( ) ( ) [ [ ]

Suponiendo que el estator est conectado en estrella y a tensin nominal 220[v]y ngulo cero la corriente que pasa por la resistencia de carga es: ( ( ) )

( (

) )

Eficiencia Como se est despreciando las perdidas mecnicas la potencia convertida seria la misma potencia til de la maquina

Perdidas en el cobre

Perdidas en el ncleo o Perdidas en el hierro ( )

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6. OBSERVACIONES Las perdidas mecnicas de la maquina no se tuvieron en cuento debido a que en el laboratorio no se tomaron los datos necesario para determinar dichas perdidas. Las resistencias del rotor halladas tericamente en los dos tipos de motores estudiados son similares; se comprob el dato obtenido con el hmetro en la prctica. Hay que tener en cuenta que esta resistencia (terica) no coincide con el dato tomado ya que se encuentra referida al estator. 7. CONCLUSIONES El motor de induccin se puede modelar bsicamente en dos modelos, el simplificado y el completo; el error cometido es ms grande que en los transformadores. Las pruebas de vaco y rotor bloqueado nos permiten determinar los parmetros de los mdelos equivalentes del motor. La prueba de vaco nos da informacin de las perdidas rotacionales y nos suministra informacin sobre su corriente de magnetizacin. La prueba de rotor bloqueado nos permite hallar las reactancias del rotor y del estator. El factor de potencia en la prueba de vaco es muy pequeo, lo que origina que la mayor parte de la corriente absorbida en la prueba se vaya por la reactancia magnetizante; esto es debido a la alta reluctancia en el entrehierro lo que ocasiona una corriente elevada para establecer el campo electromagntico.

La resistencias del rotor y del estator son muy pequeas comparadas con la resistencia de campo. Las prdidas en hierro son ms grandes en el motor de rotor devanado que en el de jaula de ardilla. El motor devanado necesita ms corriente que el de jaula de ardilla para establecer el flujo en la mquina, lo que origina que el arranque de este sea un poco ms demorado.

8. BIBLIOGRAFIA. Maquinas elctricas, Stephen J. Chapman, Tercera Edicion Maquinas elctricas, Jesus Fraile Mora, Quinta Edicion