informe v4

Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Informe V4, V5 y V6. Grupo 2

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ResumenEste informe describe las principales caractersticas de un motor de induccin y las pruebas sin

carga, de rotor bloqueado y prueba DC realizadas en la

plataforma virtual Sakshat Virtual Labs.

Palabras claves Motor de induccin, prueba de rotor bloqueado, prueba sin carga y prueba DC.

I. INTRODUCCIN

os motores de induccin se constituyen como una de

las mquinas rotativas ms importantes de la industria,

esto es debido a su gran gama de aplicaciones y

facilidad de instalacin, adems ya que no necesita de

escobillas para su operacin, las partes mecnicas que sufren

desgaste son menos y el mantenimiento es menos costoso que

con otras opciones.

Por lo tanto es indispensable conocer de forma certera cul

es el modelo elctrico de estos motores, para as conocer sus

caractersticas, es por eso que se realiza esta prctica virtual en

la cual haremos las pruebas necesarias para determinar ese

modelo y tener una aproximacin a lo que ser realizar estas

pruebas en la realidad.

II. OBJETIVO

Medir la resistencia de estator de un motor de

induccin.

Realizar la prueba sin carga del motor de induccin y

determinar las prdidas en el cobre.

Realizar la prueba de rotor bloqueado y obtener los

datos de las mediciones para determinar los

parmetros R1, X1, R2, X2.

III. ALCANCE

Este procedimiento aplica para determinar el circuito

equivalente de un motor de induccin mediante pruebas sin

carga, rotor bloqueado y prueba DC empleando la plataforma

virtual Sakshat Virtual Labs.

IV. TEORA VERIFICADA

A. Circuito equivalente de un motor de induccin:

Un circuito equivalente, por fase, de un motor de induccin

se puede representar a travs de un circuito equivalente del

transformador.

Figura 1. Modelo transformador de un motor de induccin.

B. Par mximo.

El par mximo que se puede encontrar en un motor de

induccin es:

=3

2

2( + 2 + ( + 2)2)

C. Prueba DC para encontrar resistencia del estator:

La resistencia del rotor es importante para la operacin de

la mquina de induccin, ya que permite caracterizar o

determinar la curva par-velocidad que define la velocidad a la

que ocurre el par mximo. [1]

La prueba que permite conocer dicho valor es la prueba DC

que consiste bsicamente en aplicar un voltaje X en el

devanado del estator del motor de induccin, debido a que el

voltaje utilizado es DC no se presentara voltaje inducido en el

circuito del rotor y por el cual no fluir corriente, adems se

presenta que la reactancia es nula, por tanto la oposicin a la

corriente es la que se presenta en la resistencia del estator. [1]

Informe V4, V5 y V6: Pruebas para encontrar el circuito equivalente de un motor de induccin

Espitia Silva, Erick Santiago - [email protected] (223326)

Jorge Leonardo Guepud Bravo - [email protected] (223151)

Camilo Andrs Ibarra Gonzlez [email protected] (221719)

Andrs Felipe Mendieta lvarez - [email protected] (223319)

Universidad Nacional de Colombia, Bogot, Colombia.

Laboratorio de conversin electromagntica Grupo 2

L


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El montaje normalmente utilizado es:

Figura 2. Circuito para prueba de la resistencia DC.

Tomado de [1]

En la figura 2 se observa claramente que se utiliza una

fuente de tensin variable conectada entre dos terminal del

motor de induccin que se encuentra conectado en Y, adems

se ajusta la corriente del estator a un valor que sea el nominal

y se mide el voltaje. Por tanto la resistencia total se puede

calcular como:[1]

21 =

1 =2

D. Prueba de rotor bloqueado

En esta prueba se bloquea el rotor de tal manera que no se

pueda mover, se aplica un voltaje al motor y se mide la

corriente y la potencia resultante. En la figura 3 se puede

observar las conexiones que se deben realizar para realizar la

prueba de rotor bloqueado.

Figura 3. Circuito para prueba rotor bloqueado. Tomado de

[1]

Primero, se aplica una corriente AC en el estator de tal

manera que la corriente est en el valor nominal. Ya que el

rotor se encuentra quieto, el deslizamiento = 1 y por lo tanto la resistencia de rotor 2/ es exactamente 2. Teniendo 2 y 2 son de valores muy pequeos casi toda la corriente fluir a travs de ellas mientras que la reactancia de

magnetizacin al ser muy grande, no permite un flujo alto de

corriente y esta se desprecia, por lo tanto en estas condiciones

el circuito es la combinacin en serie de 1, 1, 2, 2.

Ahora, debido a que el rotor en condiciones de operacin

normal el deslizamiento suele ser del orden de 2% o 4%, la frecuencia en el rotor suele ser de 1 a 3 Hz, por lo tanto la

frecuencia de la red (60 Hz) no representa la condicin normal

de operacin. Con lo anterior se llega a que la prueba se debe

realizar con una frecuencia del 25% o menos de la frecuencia

nominal. La potencia de entrada del motor est dada por:

= 3 cos

El ngulo de la impedancia es:

cos1 (

3 )

La magnitud de la impedancia total en el circuito es

|| =

3

As tenemos qu:

= +

= || cos + || sin

Sabemos qu es la suma de las resistencias de estator y rotor y

es la suma de las reactancias del estator y el rotor a

la frecuencia de prueba. As que debemos hallar 2, esto se realiza a partir de las mediciones DC del motor donde se haya

1, por lo tanto. 2 = 1

Ahora, para llevar la reactancia a la frecuencia nominal se

hace lo siguiente:

=

= 1 + 2

La dificultad se encuentra en separar las contribuciones de

las reactancias recprocas de estator y rotor, pero se ha

demostrado que las reactancias son proporcionales en ciertos

tipos de diseo del rotor. As para seleccionar 1 y 2 se tiene la tabla I

TABLA I

PROPORCIN DE X1 Y X2 EN FUNCIN DE XL-R (TOMADO DE [1])

Diseo del rotor X1 X2

Rotor devanado

0,5 *XL-R

0,5 *XL-R

Clase A

0,5 *XL-R

0,5 *XL-R

Clase B 0,4 *XL-R 0,6 *XL-R

Clase C 0,3 *XL-R 0,7 *XL-R

Clase D 0,5 *XL-R 0,5 *XL-R


3

La seccin transversal del rotor de induccin se puede

observar en la figura 4

Figura 4. Seccin transversal del rotor. a) Clase A, b) Clase

b, c) Clase C, d) Clase D

E. Prueba sin carga

En esta prueba se puede medir las prdidas rotacionales del

motor y suministra informacin sobre la corriente de

magnetizacin del mismo. En este caso el deslizamiento del

motor es muy pequeo, del orden de 0,001 o menos, el

circuito de conexin para la prueba sin carga se observa en la

figura 5.

Figura 5. Circuito para prueba sin carga. Tomado de [1]

El circuito equivalente en la condicin descrita

anteriormente se reduce aproximadamente a la rama 1, 1 en serie con el paralelo entre y . Adems en estas condiciones la potencia de entrada medida debe corresponder

a las prdidas del motor. Las prdidas en el cobre del estator

estn dadas por:

= 3121

Adems debido a que el factor de potencia es muy pequeo

la impedancia equivalente es aproximadamente:

|| 1 +

Ya que 1 se encuentra mediante la prueba de rotor bloqueado, una vez se tenga ese valor se puede hallar .

V. ANLISIS Y RESULTADOS

A. Prueba DC

Para la prueba DC se emple la siguiente plataforma:

Figura 6. Circuito para prueba sin carga.

En la figura 6 se puede observar claramente los dispositivos

virtuales principales, un ampermetro y voltmetro que

arrojaran los valores con el cual se calculara la resistencia DC.

La conexin realizada fue:

Figura 7. Conexin realizada.

Los valores encontrados con diferentes valores de tensin y

corriente son: TABLA II

INFORMACIN OBTENIDA DE LA PRUEBA DC

Tensin VDC (V)

Corriente IDC

(A)

Resistencia R1

()

43.43

197.4

0.1100

87.46

397.5

0.1100

133.40 606.5 0.1099

175.40 797.3 0.1099

220.00 1000.0 0.11


4

Para encontrar el valor de la resistencia R1 se emple la

siguiente expresin:

1 =2

De la tabla II se puede concluir que la resistencia R1 tiene un

valor de 0.11 .

B. Prueba de rotor bloqueado

La prueba de rotor bloqueado se realiz en la plataforma

virtual y se siguieron las indicaciones para realizar la prueba y

se efectuaron las conexiones tal como muestra la figura 8.

Figura 8.Conexin para la prueba de rotor bloqueado.

Al no conocer el valor de corriente nominal del motor, se

procedi a realizar una tabla de valores variando en pasos de

aproximadamente 10% de la tensin mxima. Los valores que

se observan al cambiar la tensin aplicada son los mostrados

en la tabla III. TABLA III

DATOS PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO

Voltmetro Ampermetro Vatmetro 1 Vatmetro 2

12,57 2,993 0,058 0,064

24,48 5,828 0,243 0,222

36,9 8,786 0,553 0,506

49,63 11,81 1,004 0,915

60,51 14,4 1,488 1,366

73,03 17,38 2,167 1,984

87,76 20,89 3,129 2,861

98,14 23,36 3,913 3,578

115,7 27,55 5,445 4,978

127 30,23 6,555 5,993

Con estos valores y aplicando las ecuaciones de la seccin

IV.D y adems asumiendo X1 y X2 iguales se tiene los

valores de la tabla IV

TABLA IV

VALORES DE R2, X1 Y X2 DE LA PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO

R2 X1 X2

-0,1055 1,2124 1,2124

-0,1054 1,2126 1,2126

-0,1054 1,2124 1,2124

-0,1054 1,2131 1,2131

-0,1054 1,2130 1,2130

-0,1054 1,2130 1,2130

-0,1054 1,2127 1,2127

-0,1054 1,2128 1,2128

-0,1054 1,2123 1,2123

-0,1054 1,2128 1,2128

De la tabla 4 se puede decir que el valor de R2=-0,1054 y X1=X2=1,2127 .

C. Prueba de vaco:

La prueba de vaci se realiz de la siguiente forma:

Figura 9.Conexin para la prueba de vaco.

TABLA V

INFORMACIN OBTENIDA DE LA PRUEBA DE VACO

Tensin

VDC (V)

Corriente

IDC (A)

Vatmetro 1

() Vatmetro

2 (W)

23.77

0.263

0.004

0.009

51.26

0.567

0.021

0.044

76.51 0.847 0.048 0.098

102.10 1.131 0.086 0.175

127.00 1.406 0.133 0.270


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Figura 10.Lneas de campo debido a la corriente en el estator y

rotor.

Figura 11.Lneas de campo debido a la corriente en el estator.

Figura 12.Lneas de campo debido a la corriente en el rotor.

Figura 13. Densidad total de corriente de Eddy.

Figura 14. Densidad de flujo magntico total.

TABLA VI

PERDIDAS EN EL HIERRO

RFE (K) XFE ()

130.39

90.4

121.27

90.4

120.28 90.3

119.82 90.3

120.07 90.3

De lo anterior se puede encontrar que RFE es 120.1 K aproximadamente y XFE es 90.35 .

El circuito equivalente es entonces el mostrado en la figura

15:


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Figura 15. Circuito equivalente.

VI. TEST

A. Test prueba DC

Se tenan dos preguntas:

1. Si RAC es la resistencia medida aplicando voltaje AC y RDC es la resistencia medida aplicando voltaje DC.

Entonces de lo mostrado es verdad:

RAC >RDC.

La respuesta es la a.

2. A medida que se aumenta el deslizamiento, manteniendo todos los parmetros de la maquina

constante, la corriente de entrada y la impedancia:

Incrementa, decrece.

B. Quiz prueba rotor bloqueado

1. En un motor de induccin con rotor bobinado, se pone una fuente trifsica balanceada en el rotor y los

devanados del rotor se cortocircuitan. El rotor

debera:

Girar en sentido contrario al campo rotativo. 2. Un motor de induccin trifsico con rotor de jaula de

ardilla, a 50 Hz y 4 Polos ha sido rebobinado a 6

polos sin alteraciones en el rotor. Ahora el motor

debera girar a una velocidad:

informe v4

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