UNIVERSIDAD DE LOS ANDES – LABORATORIO DE ELEMNTOS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

1) RESUMEN

En la presente práctica de laboratorio se busca visualizar la onda de corriente en el arranque de un motor, conocer el funcionamiento y la conexión de los motores de inducción, su comportamiento en consumo de energía, medición de potencias, frecuencias, voltaje y corriente. Analizar el comportamiento mecánico del motor a través de mediciones de torque y velocidad de giro.

2) INTRODUCCIÓN

El motor de inducción es un tipo de motor eléctrico de corriente alterna, está formado por un rotor que puede ser de dos tipos, jaula de ardilla o bobinado, y un estator en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Según el teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la ley de inducción de Faraday. [1]

3) MARCO TEÓRICO

¿Cómo funciona un motor de inducción?

Los motores de inducción usan bobinas hechas cables, montados sobre un armazón que gira. Estas bobinas obtienen el par necesario para el giro a partir de las corrientes inducidas en ellas por medio de los cambios del campo magnético producido por las bobinas del estator (bobina fija).

En el momento mostrado, la corriente en la bobina del estator va incrementándose en la dirección que se muestra. El voltaje

inducido en la bobina, impulsa la corriente y como resultado se produce un par de sentido horario.Note que este motor simplificado, girará cuando previamente se haya iniciado el movimiento, pero no tiene par de arranque. Para conseguir este par de arranque, se usan varias técnicas consistentes en producir alguna asimetría en los campos.[2]

¿En qué consiste el modelo equivalente de un motor de inducción?

El modelo equivalente es el siguiente:

Es similar al de un transformador solo que con el secundario cortocircuitado:

El voltaje inducido es directamente proporcional al deslizamiento. Siendo ER=S*ER0, donde ER0 es el voltaje inducido con el rotor bloqueado. La reactancia del rotor de un motor de inducción depende de la inductancia LR, de la frecuencia del voltaje fe y de la corriente del rotor, por lo que XR=2π*S*fe*LR=s*XR0, donde XR0 es la reactancia del rotor bloqueado y fe la frecuencia de la red.[3]

Javier Santiago Velásquez (201315857)

TEMA 3 – Maquinas eléctricas

(MARZO, 2015)

1

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES – LABORATORIO DE ELEMNTOS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

¿Qué tipo de pérdidas se encuentran en un motor de inducción? ¿En qué consiste cada una de ellas?

Las pérdidas de un motor de inducción son: de estator, del núcleo, del rotor y mecánicas

donde ωm es la velocidad del motor y ωs es la velocidad sincrónica del campo giratorio.

[3]

¿Cuáles son las características de torque y velocidad de un motor de inducción?

El torque desarrollado depende de la corriente del rotor: La cual se calcula con:

La cual se calcula con:

A velocidades pequeñas domina y se puede aproximar como:

A velocidades grandes domina R2/s y se puede aproximar como:

Estas dos regiones se separan por el Breakdown torque, que es donde el torque se hace máximo. [4]

¿Cómo es el arranque de un motor de inducción? ¿Cuáles son los principales métodos para el arranque de un motor de inducción?

Arranque en motores trifásicos: El arranque de los motores trifásicos se lleva a cabo de diferentes maneras, estas son:

Arranque Y-Delta: Es uno de los sistemas más utilizados en los motores asíncronos de inducción, se utiliza en motores de rotor devanado y en motores de jaula de ardilla. Consiste en arrancar el motor con conexión estrella a una tensión 3 veces inferior a la que soporta el motor para este tipo de conexión, transcurrido un cierto tiempo, cuando el momento desarrollado por el motor conectado en estrella M λiguale al momento de la carga (alrededor del 80% de la velocidad nominal) conmutar las conexiones de bobinas del motor a triángulo.

Arranque directo: Los motores de cortocircuito a veces consumen en el arranque corriente muy elevadas, que en el caso de potencias elevadas (P>10 kW) provocan fluctuaciones en la redes eléctricas de distribución. Este método se emplea en máquinas con una potencia menor a 5kW, se trata de una inducción directa en los bornes de la tensión nominal a la cual debe trabajar.

Arranque por rotor bobinado: Se aplica a los motores de rotor bobinado con anillos rozantes. Gracias a estos anillos es posible conectar resistencias en serie con las bobinas del rotor de forma que al elevarse su impedancia se disminuya la corriente absorbida en el arranque. A medida que el rotor va adquiriendo velocidad se va disminuyendo la resistencia mediante cortocircuito de las mismas.

Curva corriente / velocidad del arranque rotó rico por resistencias[5].

Arranque por auto transformador: Es poco frecuente, ya que suele emplearse en motores con una potencia muy alta, este funciona debido a que alimenta la tensión reducida al motor durante el proceso de arranque a través de un autotransformador hasta adquirir la velocidad nominal en que se desconecta el autotransformador del circuito.

2

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES – LABORATORIO DE ELEMNTOS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

Arranque por resistencia estatoricas: Este método se trata de arrancar el motor a una tensión reducida mediante la inserción en serie con las bobinas del estator unas resistencias. Una vez estabilizada la velocidad, se eliminan las resistencias y el motor se acopla directamente a la red de alimentación.[5]¿Cuál es la relación Torque – Velocidad para un motor sincrónico de induccion?

¿Qué es y cómo funciona un generador sincrónico?

El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. Su principio de funcionamiento consiste en la excitación de flujo en el rotor.

El principio de operación consiste en aplicar una corriente al devanado del rotor lo que produce un campo magnético. Entonces el rotor del generador gira mediante un motor primario y produce un campo magnético rotacional dentro de la máquina que induce un grupo trifásico de voltajes en los devanados del estator del generador es por lo general la fuente de energía mecánica es una turbina de vapor o hidráulica. El par electromagnético desarrollado por el generador se opone a par de la fuente de energía mecánica cuando entrega potencia, esta diferencia se debe a las perdidas en el núcleo y a la fricción.

¿Cómo se modela un generador sincrónico? ¿Cómo se determinan sus parámetros?

Prueba de Circuito Abierto para Una máquina SincrónicaPara esta prueba la máquina se lleva a velocidad sincrónica. Se mide el voltaje terminal de circuito abierto para diferentes valores de If . [1]

Circuito Equivalente – Prueba Circuito Abierto

1. Prueba de Corto Circuito para una máquina SincrónicaPara esta prueba se cortocircuitan los terminales del bobinado del estator. La máquina se lleva a la velocidad sincrónica, se varía la corriente de campo If y se mide la corriente de armadura Ia.

Circuito Equivalente – Prueba Corto Circuito

Al realizar la medición se puede observar un comportamiento lineal en el caso de la corriente de corto circuito tal como se evidencia en la siguiente figura

Fig. 1 Curva Característica Circuito Abierto y Corto Circuito

Para calcular la reactancia sincrónica, dado que el valor de la resistencia de armadura es despreciable es posible realizar el cálculo a partir de la ecuación (2)

X S = √(V φOC

I A SC)2

−R A ≈V φOC

I A SC (2)

V φ OC = voltaje del circuito abierto.

I A SC = Corriente del corto circuito

3

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES – LABORATORIO DE ELEMNTOS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

¿Qué es y cómo funciona un motor DC?

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor.

Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.[

4) BIBLIOGRAFIA

[1] García, J. C. (25 de 05 de 2011). slideshare. Recuperado el 1 de 03 de 2015, de Motores de inducción: http://es.slideshare.net/papesatan/motores-de-induccion

[2] M Olmo R Nave. (s.f.). hyperphysics. Recuperado el 01 de 03 de 2015, de Funcionamiento del Motor de Inducción: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/indmot.html#c4[3] JIMENEZ, J. C. (2007). INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA. Recuperado el 01 de 03 de 2015, de

4

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES – LABORATORIO DE ELEMNTOS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

CARACETRISTICAS BASICAS DEL MOTOR DE INDUCCION: http://www.ie.itcr.ac.cr/juanjimenez/cursos/Potencia/motor

[4] Motor de inducción. Recuperado el 05 de Marzo de 2015 de http://es.slideshare.net/tmsolano/cap7-motores-induccion

[5] Motores de corriente alterna. Recuperado el 05 de Marzo de 2015 de http://platea.pntic.mec.es/~jgarrigo/SAP/archivos/1eva/introduccion_motores_ca.pdf

5