u ; p cos f u - de lorenzo group. · para medir la velocidad de las máquinas, primero conecte los...

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Versión 1.0     Página 299 

3.16 Prueba sin carga del motor asíncrono

trifásico

1.Introducción.Descripcióndelexperimento

El motor de  inducción  trifásico  lleva un devanado  trifásico en  su estator. El  rotor 

puede ser de tipo bobinado o puede tener barras de cobre en cortocircuito en cada 

extremo,  en  cuyo  caso  se  conoce  como  rotor  de  jaula  de  ardilla.  La  corriente 

trifásica extraída por el estator a partir de una alimentación  trifásica produce un 

campo  magnético  que  gira  a  velocidad  sincrónica  en  el  entrehierro.  El  campo 

magnético corta  los conductores del rotor  induciendo fuerzas electromotrices que 

hacen circular corrientes dentro de ellos.La prueba sin carga en un motor de CA de 

jaula de ardilla muestra las condiciones de funcionamiento en el circuito magnético 

del motor  y  brinda  información  sobre  la  corriente  absorbida  y  las  pérdidas  en 

condiciones  sin  carga. Normalmente  se  realiza  a  la  frecuencia nominal  aplicando 

tensiones de  fase balanceadas a  las  terminales del estator. El motor de  inducción 

trifásico  se  comporta  como  un  transformador  cuyo  devanado  secundario  puede 

girar.  La diferencia básica es que  la  carga es mecánica. Además,  la  reluctancia al 

campo magnético es mayor debido a  la presencia del entrehierro a través del cual 

se transfiere  la potencia del estator al rotor. La corriente sin carga del motor es a 

veces tan alta como 30% a 40% del valor de carga completa. 

Objetivos

Se espera que los alumnos aprendan sobre la prueba sin carga del motor asíncrono.  

Al realizar este experimento, los estudiantes tendrán los siguientes objetivos:  

Entender el diagrama de circuito correspondiente al motor de jaula de ardilla de 

CA sin carga.  

Aprender  a  conectar  las máquinas  eléctricas  y  los módulos  del  laboratorio  de 

acuerdo con el diagrama esquemático.     

Conocer  cuáles  son  los  parámetros  que  deben mantener  valores  constantes  y 

cuáles son los parámetros que deben cambiarse durante el experimento.  

Saber utilizar el software dedicado para realizar el experimento.  

Obtener las curvas características del experimento: 

UfUfPUfI M 00 cos;;  

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 300    Versión 1.0 

2.Listadecomponentes

Los módulos necesarios para este experimento son: 

A. Software:  

‐ PC con sistema operativo Windows 

‐ Aplicación  de  software  de  procesamiento DL  8330SW.  Exercise  3.16  – No 

load test of the Three‐phase Asynchronous Motor 

B. Hardware: 

‐ DL 10280AC Máquina asíncrona (jaula de ardilla, motor CA) 

‐ DL 10017 Módulo de alimentación 

‐ DL 10065N Unidad de medición digital de potencia eléctrica 

‐ DL 10050N Unidad de medición digital de potencia mecánica 

‐ DL 10116 Arrancador estrella/delta 

‐ DL 10185 Unidad de conmutación de polos 

‐ DL 1893 Módulo de adquisición de datos 

‐ Adaptador USB – RS485 

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3.Descripcióngeneraldelprocedimiento

Diagramaesquemático

La  prueba  sin  carga  es  útil  no  sólo  para  observar  las  condiciones  de  trabajo  del 

circuito magnético del motor, sino también para obtener datos tanto para trazar las 

curvas características de la máquina (I0 y cosϕ0) como para el cálculo de la eficiencia 

convencional (PM y PIR).    

Figura 1. Diagrama de circuito general para la prueba sin carga del motor asíncrono trifásico 

Consiste en alimentar el motor asíncrono con su tensión nominal, dejando al rotor 

libre  para  girar  sin  ningún  par  de  frenado.  En  estas  condiciones,  la  corriente 

absorbida  es  dada  por  la  suma  vectorial  de  la  corriente  magnetizante  y  el 

componente  activo pequeño producido por  las pérdidas de hierro  (estator)  y  las 

pérdidas mecánicas (fricción y ventilación).  

Para  obtener  la  curva  característica  del  circuito  sin  carga,  siga  la  figura  1.  Los 

parámetros  eléctricos  sin  carga  pueden medirse  usando  el  amperímetro  A  y  el 

voltímetro  V.  En  este  diagrama  esquemático  se  presenta  la  configuración  del 

estator de CA. La potencia eléctrica ha sido medida con un solo vatímetro ya que el 

motor  asíncrono  es,  por  su  construcción  y  condiciones  de  funcionamiento,  una 

máquina simétrica bajo cualquier condición de carga. 

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

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Curvascaracterísticas

A partir de  los diagramas, en  correspondencia  con el valor nominal de  corriente, 

obtenemos  respectivamente:  I0,  pérdidas  de  hierro  PIR,  pérdidas mecánicas  PM  y 

factor de potencia cosϕ0. 

Figura 2.  Característica sin carga del experimento 

Estos parámetros eléctricos son necesarios para calcular la serie de parámetros del 

diagrama equivalente:  

IRMCUmCU PPPPandIRP 0205.1  

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Diagramadeconexióneinstalación

La  figura 3 muestra el diagrama esquemático de  la prueba sin carga, en  la que el 

motor de CA de jaula de ardilla es alimentado con una tensión trifásica de CA de la 

sección de alimentación variable (0÷26V/14A) del DL 10017. 

Figura 3.  Diagrama esquemático para la prueba sin carga del motor CA de jaula de ardilla 

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

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La  configuración  del  estator  del  motor  de  jaula  de  ardilla  puede  ser  en 

estrella/delta,  pero  para  este  experimento  seleccionamos  la  conexión  delta.  Los 

parámetros  eléctricos  del  motor  DL  10280AC  se  medirán  con  el  dispositivo  de 

medición DL 10065N. 

Conecte los cables de alimentación de acuerdo con el siguiente diagrama: 

Figura 4. Diagrama de cableado para la prueba sin carga del motor de CA de jaula de ardilla. 

Imprima la hoja de identificación de los dispositivos mostrada en la introducción a la sección de experimentos.

Se pide a los estudiantes que escriban a mano los dispositivos identificados con parámetros y valores que se utilizan durante el experimento.

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Antes de iniciar cualquier actividad de cableado, revise todas las conexiones de alimentación: todos los interruptores deben estar APAGADOS. ¡No olvide conectar el terminal de tierra! Como se muestra en el diagrama con símbolos específicos, el equipo está conectado a una red de protección con un conector y un cable dedicados.

Procedimientoexperimentalyplandeaprendizaje

Antes  de  iniciar  el  experimento,  conecte  todos  los  módulos  a  la  fuente  de 

alimentación principal utilizando los cables de alimentación. 

1. Realice la configuración del circuito que se muestra en el diagrama de cableado 

de las figuras 3 y 4. Encienda los módulos. 

2. Siga estos pasos para habilitar la fuente de alimentación DL 10017: 

Gire la llave en sentido horario, desde la posición horizontal hasta la posición 

vertical.  

Coloque el  selector "a/off/b" en  la posición "a". Usaremos  la parte de CA 

(0÷26V/14A)  de  la  fuente  de  alimentación  (esta  acción  es  necesaria  para 

encender la fuente de alimentación).  

Pulse  el  botón  verde  “start”  en  el módulo  de  alimentación. Asegúrese  de 

que  la  perilla  de  control  esté  en  su  posición mínima  (completamente  en 

sentido antihorario). 

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 306    Versión 1.0 

Para medir la velocidad de las máquinas, primero conecte los

módulos como se muestra en el siguiente diagrama de cableado.

Antes de conectar el conector K2, el transductor de velocidad

debe estar ya montado en la máquina. Vea nuevamente la

figura 4 para completar la conexión para medir la velocidad.

3. Modo SEMIAUTOMÁTICO – El estudiante decidirá cuándo adquirir los datos del 

experimento, basándose en los parámetros medidos.   

Software:  Antes  de  realizar  cualquier  medición  de  datos,  seleccione  lo 

siguiente:  

Abra el experimento ASYN/No load test of the Three‐phase Asynchronous 

Motor.  Seleccione  el  interruptor  “Man”  para  este modo  de  operación. 

Asegúrese que todos los cables de comunicación RS485 estén conectados 

y que el software DL 8330SW pueda ver todos  los módulos de medición 

del Openlab.    

La  interfaz  gráfica  principal  del  software  permite  ver  en  una  tabla  todos  los 

datos medidos.  También puede  acceder  a  varios menús que  le muestran  los 

instrumentos de medición virtual.  

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Versión 1.0     Página 307 

Haga  clic  en  "Show  Information"  para  observar  la  correspondencia  entre  los 

parámetros  medidos  y  las  direcciones  de  los  dispositivos  de  medición  (DL 

10065N  y DL 10050N),  así  como para  acceder  al manual del experimento en 

PDF. 

 Al abrir los Instrumentos MB, podrá seleccionar el parámetro medido. Para ver 

los  instrumentos necesarios para este experimento, haga clic en "Show single 

DC/AC measure".  

 Para  seleccionar el parámetro que quiere  ver, haga  clic en  “Show MB  Instruments”. 

Después, haga clic en “Show XY graph”. Primero elija las ventanas que desea utilizar y 

después de ello podrá comenzar a adquirir datos. Para este experimento, seleccione 

los parámetros adecuados que deben medirse y visualizarse. 

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 308    Versión 1.0 

Elija  la  tensión U(V) del motor de CA en  correspondencia  con  la potencia  sin 

carga P(W). 

Haga clic en “Show XY graph” y seleccione tensión y corriente.  

Hardware:  Ahora  el  software  está  programado  para  medir  y  mostrar  los 

parámetros de la prueba sin carga del motor de CA de jaula de ardilla. Proceda 

con las siguientes selecciones. 

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Versión 1.0     Página 309 

4. Configure  el módulo  de  alimentación DL  10017  para  una  tensión  alterna  del 

motor  asíncrono  correspondiente  a  la  tensión  nominal.  Puede  lograr  esto 

siguiendo estos pasos: 

 Gire las dos perillas del DL 10017 a la posición manual (man).  

Cambie  el  selector  correspondiente  a  la  tensión  de  CA  variable  "L1L2L3  / 

0÷24V∙14A", de la posición “off” a la posición “on”. 

Utilice  el  potenciómetro  de  la  fuente  de  alimentación  DL  10017  para 

cambiar la tensión de 0.1*Un a 1.1*Un (Un=24V). 

Pulse START para obtener datos cuando la tensión alcance el primer valor 

(0.1*Un). De esta forma, la primera fila del software DL 8330SW mostrará 

los datos medidos. 

Continúe  girando  lentamente  el  potenciómetro  en  sentido  horario. 

Presione START de nuevo para adquirir nuevos datos a aproximadamente 

0.2*Un.  Cada  vez  que  presione  START,  se  agregará  una  nueva  fila  con 

datos medidos a la tabla. 

 U (V)  I0 (A)  P (W)  Cosϕ0 

0.1*Un       

0.2*Un       

0.3*Un       

0.4*Un       

0.5*Un       

0.6*Un       

0.7*Un       

0.8*Un       

0.9*Un       

1.0*Un       

1.1*Un       

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 310    Versión 1.0 

Obtendrá en la gráfica XY una relación entre la tensión de alimentación (U) y la 

potencia (P). 

5. Lleve el potenciómetro de la fuente de alimentación a cero. Apague las fuentes 

de alimentación del motor de CA (DL 10017) y coloque todos los selectores en 

la posición “off”.  

6. Modo AUTOMÁTICO –  Los valores  serán adquiridos a partir del experimento 

utilizando  un  sistema  de  adquisición  de  datos.  Esta  vez,  los  valores  de  los 

parámetros se adquirirán automáticamente a partir del software.  Utilizando el 

software  se  alimentará  el  motor  de  CA  hasta  que  la  tensión  alcance  24V 

(parámetro 2). 

Los  estudiantes  deben  iniciar  el  experimento  y  este  se  ejecutará 

automáticamente hasta completar  la prueba sin carga. Para realizar  la prueba 

sin  carga del  experimento del motor de CA,  conecte  a  la PC,  a  través de un 

cable USB,  la tarjeta de adquisición de datos DL 1893 y realice  las conexiones 

entre  esta  última  y  el  módulo  de  alimentación  siguiendo  el  diagrama  de 

conexión que se muestra a continuación. 

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Versión 1.0     Página 311 

Es  necesario  realizar  algunos  cambios  en  el  hardware  (respecto  al  paso  4 

anterior)  para  ejecutar  el  experimento  en  el  modo  automático.  Siga  estas 

indicaciones: 

Gire las dos perillas del DL 10017 a la posición automática (auto).  

Cambie el selector de la tensión de CA variable "L1L2L3 / 0÷24V∙14A" de “off” a 

“on”. 

Utilice el software DL 8330SW del sistema Openlab y abra los experimentos del 

motor asíncrono. 

`  

Ajuste el software en el modo 'Auto'. Haga clic en el experimento ASYN/No 

load test of the Three‐phase Asynchronous Motor 

Siga  el  procedimiento  presentado  en  el  paso  anterior  (3)  con  respecto  a  la 

selección y posicionamiento de los instrumentos de la gráfica XY.  

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 312    Versión 1.0 

La  computadora  calcula  los  pasos  de  acuerdo  con  los  datos  nominales  de  la 

máquina.  Alimente  el motor,  espere  hasta  que  el  experimento  se  realice  y 

obtenga la prueba sin carga.  

Obtendrá en la gráfica XY una relación entre la tensión (U) y la corriente de fase 

(I) (puede elegir mostrar las características en la gráfica XY). 

UfUfPM 0cos; ). 

Coloque todos los selectores en la posición “off”.  

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Versión 1.0     Página 313 

Ejerciciospropuestos:

Ejercicio1

 Para este experimento utilizaremos el arrancador estrella/delta DL 10116. Repita 

los 2 primeros pasos del procedimiento anterior. Conecte los cables de alimentación 

de acuerdo con el diagrama de la figura siguiente. 

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 314    Versión 1.0 

Realice el circuito mostrado en el diagrama topográfico anterior. 

Ajuste el módulo de alimentación DL 10017 para una tensión alterna 24V/14A:  (el 

selector "a/off/b" en la posición "a" y el interruptor L1/L2/L3 en la posición "off"). 

Coloque el interruptor del arrancador DL 10116 en la posición "0". 

Active el módulo de alimentación y arranque el motor colocando en la posición “on” 

el  interruptor  L1/L2/L3  y  ajustando  el  interruptor  del  arrancador DL  10116  en  la 

posición estrella Y: el motor arranca y gira en sentido horario.  

Mida la corriente absorbida con el estator conectado en estrella: IY = ........ (A). 

Una  vez  alcanzada  la  velocidad,  pasamos  a  la  conexión  delta  del  devanado  del 

estator colocando el interruptor del arrancador DL 10116 en posición delta Δ. 

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Versión 1.0     Página 315 

Registre también la velocidad n del motor.  

El DL 10116 permite el arranque en estrella/delta del motor trifásico. Vea el manual para un mejor uso de este módulo

Complete la tabla con los valores medidos, aumentando la tensión suministrada U0 

paso a paso hasta llegar a Un.   

Tensión U0 

(V) 

Corriente 

I0 (A) 

Potencia 

P0 (W) Cosϕ0  Notas 

  Devanadosdel

estatoren

conexión

estrella

Devanadosdel

estatoren

conexióndelta

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 316    Versión 1.0 

Ejercicio2

Repita el ejemplo usando el mismo procedimiento, pero esta vez conecte los cables 

de  alimentación  de  acuerdo  con  el  siguiente  diagrama  utilizando  el  DL  10185 

(Unidad conmutadora de polos):  

El DL 10185 es una unidad conmutadora de polos para polaridad doble. Vea el manual para un mejor uso de este módulo

 Entrenador OPENLAB 

Versión 1.0     Página 317 

4.Preguntas

Responda las siguientes preguntas sobre el experimento de la prueba sin carga del 

motor asíncrono trifásico. 

1. ¿Cuántos tipos de rotor de motores de inducción hay? 

2. ¿Cuál de  las siguientes pérdidas se da en  la prueba sin carga del motor de 

inducción trifásico? 

(a) pérdida magnética 

(b) pérdida variable 

(c) pérdidas tanto magnéticas como variables 

(d) ninguna de las anteriores 

3. ¿Cuál será el factor de potencia del motor de  inducción en condiciones sin 

carga? 

(a) Negativo  

(b) Alto  

(c) Moderado 

(d) Bajo 

4. ¿Qué tipo de alimentación se suministra al devanado del rotor del motor CA 

de jaula de ardilla? 

(a) Ninguna alimentación  

(b) Alimentación de CC 

(c) Alimentación de CA 

5. ¿Es cierto que el motor de inducción de jaula de ardilla necesita un circuito 

de resistencia externa en el rotor durante el arranque? 

Ejercicio 3.16 ‐ Prueba sin carga del motor asíncrono trifásico    

Página 318    Versión 1.0 

5.Conclusiones

Se  aplican  tensiones  equilibradas  a  las  terminales  del  estator  a  la  frecuencia 

nominal con el rotor desacoplado de cualquier carga mecánica.  

La corriente, la tensión y la potencia se miden a la entrada del motor.  

Las pérdidas de la prueba sin carga son pérdidas de núcleo, pérdidas de bobinado y 

pérdidas por fricción.