ÁREA MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
ELECTROTECNIA Y MAQUINAS ELECTRICAS
GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS
ENSAYO INDIRECTO DE UN MOTOR
ASINCRONICO TRIFASICO
Fecha:
Cantidad de páginas: 9
ÍNDICE
1
Definiciones acerca de los ensayos
Ensayo Indirecto
2
2
2
Características de la máquina a ensayar
2
3
Ensayos a realizar
2
3.1
Introducción
2
3.2
Ensayo en vacío
2
3.2.1
Objetivo
2
3.2.2
Mediciones en el ensayo en vacío
3
3.2.3
Tabla de valores leídos
4
3.2.4
Determinaciones
4
3.3
Resistencia de los bobinados
5
3.3.1
Medición de la resistencia de los arrollamientos estatóricos
5
3.3.2
Tabla de valores leídos
6
3.3.3
Determinación de la resistencia promedio por fase de los bobinados estatóricos
6
3.4
Ensayo a rotor bloqueado
6
3.4.1
Objetivo
7
3.4.2
Mediciones en el ensayo a rotor bloqueado
7
3.4.3
Tabla de valores leídos
7
3.4.4
Determinación de los parámetros longitudinales del circuito equivalente
8
4
Modelización: Circuito equivalente
8
5
Gráficos
9
6
Análisis y conclusiones
9
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
1
1
Definiciones acerca de los ensayos
Ensayo Indirecto
Se entiende por ensayo indirecto o método indirecto aquel que conduce al resultado deseado sin
llevar al elemento al estado de carga, en algunos casos aplicados a las máquinas eléctricas, esto
es posible mediante la obtención de los parámetros del circuito eléctrico equivalente y de otros
que sin ser eléctricos hacen su aporte para tal fin. Además tiene la ventaja que se pueden obtener
resultados con exactitudes aceptables y una mayor versatilidad en cuanto a los elementos y/o dispositivos necesarios para realizar las pruebas.
2
Características de la máquina a ensayar
Motor Asincrónico Trifásico (MAT)
Tipo: 4AC 90A
Modelo: AL 1106
1,35 CV - 1 kW
1420 /min.
220/380 V
4,8/2,8 A
Con: /Y
50 Hz
Aisl. cl: B
3
Ensayos a realizar
3.1
Introducción
El presente laboratorio esta destinado al estudio de un MAT, para obtener las pérdidas en ausencia de carga (marcha en vacío) y con carga. Por cálculo se determinarán los parámetros longitudinales y transversales del circuito equivalente
3.2
Ensayo en vacío
Este ensayo consiste en hacer funcionar la máquina como motor en vacío a su frecuencia nominal, pero a tensiones diferentes. La potencia absorbida, menos las pérdidas por efecto joule en el
arrollamiento primario, es trasladada a un gráfico en función del cuadrado de la tensión. Para bajas saturaciones, se obtiene así una línea recta que puede extrapolarse hasta un valor nulo de la
tensión de modo que dé la suma de las pérdidas debidas al rozamiento y la ventilación (ver punto
5 gráficos).
No debe olvidarse que a muy baja tensión las pérdidas trasladadas al diagrama pueden elevarse
debido al aumento de las pérdidas en el rotor cuando existe un deslizamiento excesivo. Por esta
razón el ensayo se debe realizar hasta que la velocidad manifieste una variación apreciable.
3.2.1
Objetivo
Consiste en medir, tensión, corriente y potencia de alimentación con el motor trabajando en vacío
( sin carga), para obtener las pérdidas rotatorias (eléctricas, magnéticas y mecánicas) y para determinar los parámetros transversales del circuito equivalente
Xm, reactancia de magnetización promedio por fase.
Rp, resistencia de pérdidas magnéticas.
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
2
3.2.2
Mediciones en el ensayo en vacío
Se realizarán mediciones de la potencia trifásica de entrada y de la tensión de fase y se controlará
la velocidad de giro. Los valores serán indicados en la tabla 1. El circuito que se utilizará junto con
el listado de instrumentos y equipos auxiliares a utilizar se muestran a continuación.
CIRCUITO DE ENSAYO
INSTRUMENTOS
VATIMETRO 1
VATIMETRO 2
AMPERIMETRO
VOLTÍMETRO
YEW
YEW
NORMA
NORMA
NIME 0096
Nime 0086
NIME 0035
NIME 0064
120 W - 5/10 A 60/120/240 V
120 W - cos fi 0,2 2,5/5 A - 60/120/240 V
1–5A
30-60-120-240 V
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
3
3.2.3
Tabla de valores leídos
TABLA 1
Tensión Corriente
Uf [V]
3.2.4
I0 [A]
Lectura de los Vatímetro
P1 [kW]
P2 [kW]
Potencia
Total
[kW]
Determinaciones
3.2.4.1 Pérdidas mecánicas
Las pérdidas mecánicas en las máquinas de inducción de construcción normal son debidas a dos
términos conocidos como el roce y la ventilación, es decir la potencia mecánica que se gasta en
vencer la contribución de todas las partes sometidas a la fricción mecánica y aquellas que por su
movimiento y geometría empujan el aire que rodea la máquina.
Dichas pérdidas dependen de la velocidad, pero se pueden considerar constantes si la misma no
varía más allá de los límites comprendidos por la velocidad sincrónica y nominal de la máquina,
por esto la determinación de las mismas debe hacerse mientras la velocidad no varía apreciablemente.
El procedimiento para la determinación de estas pérdidas consiste en realizar el ensayo de vacío
descrito en el apartado 3.2.
3.2.4.2 Pérdidas eléctricas y magnéticas en vacío
La determinación de las pérdidas eléctricas (Joule y Magnéticas) cuando la máquina funciona en
vacío es necesaria para obtener las pérdidas mecánicas y los parámetros transversales del circuito eléctrico equivalente.
Las pérdidas Joule en el devanado estatórico de una máquina trifásica se obtienen como:
Pje = 3 I02 Re1
Las pérdidas magnéticas dependen de la fem inducida en el bobinado estatórico, por esto la determinación de cada valor se corresponderá con el valor de tensión en bornes del motor al momento de medir las potencias de entrada.
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
4
Las pérdidas Magnéticas en el núcleo y demás partes metálicas de una máquina trifásica se obtienen como:
Pfe(Ue) = P0(Ue) – PM – Pje
P0, es la potencia de entrada medida en el ensayo de vacío, en [W],
PM, es la potencia de pérdidas mecánicas determinada en 3.2.4.1, en [W],
Ue, es el valor de la tensión a la que se midió P0 en [V].
3.2.4.3 Parámetros transversales del circuito equivalente
Utilizando los valores obtenidos en la tabla 1, la referencia teórica de 3.2.4.2 y el valor de Xe1, calcularemos por el siguiente procedimiento la reactancia de magnetización y la resistencia equivalente de pérdidas magnéticas.
Se calculan las pérdidas magnéticas Pfe para la tensión Uf nominal, luego la fem estatórica Ee1,
como sigue:
E e1
Uf
I 0 X e1
luego la corriente de pérdidas magnéticas será:
Pfe
Ip
3 Ee1
y la corriente de magnetización,
I
I0
2
Ip
2
Con estos valores los parámetros resultan:
La reactancia de magnetización:
X
E e1
I
La resistencia de pérdidas magnéticas:
Rp
Ee 1
Ip
3.3
Resistencia de los bobinados
Esta medición se efectúa en corriente continua por el método de voltímetro - amperímetro, puente
de Wheastone o con cualquier otro instrumento adecuado para tal fin y se mide entre cada par de
bornes del estator, generalmente U, V y W, con independencia de la conexión del mismo, determinando así tres valores de resistencia RUV, RVW y RWU.
3.3.1
Medición de la resistencia de los arrollamientos estatóricos
Para un mismo nivel de tensión de funcionamiento, cuanto más pequeña sea la potencia nominal
de un motor de inducción tanto mayores lo serán las resistencias eléctricas de los bobinados, por
esto y como el motor en el cual realizaremos la medida es de una potencia que se encuentra en el
rango más bajo de las potencias normales de construcción, la resistencia eléctrica seguramente
estará por encima de algunos ohm y por tanto alcanzará con utilizar para la medida un óhmetro
digital.
Los valores obtenidos se indicarán en la tabla 2.
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
5
INSTRUMENTO
MULTIMETRO
BBC
TIPO M 2008
300/3K/30K/300K/3M/30M
E=
3.3.2
[0,02 % + 1 dig.]
Tabla de valores leídos
TABLA 2
Valores de las resistencias
RUV [ ]
3.3.3
RVW [ ]
Temperatura Ambiente
RWU [ ]
TA [ºC]
Determinación de la resistencia promedio por fase de los bobinados estatóricos
Utilizando los valores obtenidos en la tabla 2, la resistencia a la temperatura ambiente se calcula
de la siguiente manera:
Re1
1
3
1
RUV
2
1
RVW
2
1
RWU
2
Este es el valor de la resistencia por fase de los bobinados, correspondiente a la temperatura ambiente, valor que hay que referir a 75 ºC (temperatura de funcionamiento), lo que se obtiene a partir de:
R75º C
3.4
RTamb.
234,5º C 75º C
234,5º C Tamb.º C
Ensayo a rotor bloqueado
Este ensayo consiste en inmovilizar el rotor mediante una abrazadera unida a un brazo de palanca
y apoyada sobre una superficie resistente; Luego se aplica tensión reducida (a frecuencia nominal) de modo que la corriente por los arrollamientos sea la nominal.
Debido a que los arrollamientos no están distribuidos en un número grande de ranuras, y no asegurándose la forma senoidal de la inducción magnética en el entrehierro, la impedancia equivalente obtenida varía en función de la posición relativa de los arrollamientos. Por esta razón el ensayo
debe repetirse para diversas posiciones del rotor, adoptándose como resultado final el promedio
de los diversos valores.
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
6
3.4.1
Objetivo
Consiste en medir, tensión, corriente y potencia de alimentación con el rotor del motor bloqueado
y de manera tal que absorba la corriente nominal, para obtener las pérdidas eléctricas y para determinar los parámetros longitudinales del circuito equivalente.
Re1, resistencia promedio por fase del bobinado estatórico.
Xe1, reactancia de dispersión promedio por fase del bobinado estatórico.
R’e2, resistencia rotórica reflejada al estator por fase.
X’e2, reactancia de dispersión rotórica reflejada al estator por fase.
3.4.2
Mediciones en el ensayo a rotor bloqueado
Para este ensayo mediremos la potencia eléctrica de entrada, la corriente de línea y la tensión de
fase, para tres posiciones de bloqueo distintas, el promedio de las mismas se utilizará como valor
para el cálculo. Los datos relevados se vuelcan en la tabla 3. El circuito de ensayo y el instrumental se indican a continuación.
CIRCUITO DE ENSAYO
INSTRUMENTOS
Se utilizan los mismos instrumentos que el apartado 3.2.2.
3.4.3
Tabla de valores leídos
TABLA 3
Tensión Corriente
Uf [V]
I0 [A]
Lectura de los Vatímetro
P1 [kW]
P2 [kW]
Potencia
Total
Corriente
[kW]
Il[A]
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
7
3.4.4
Determinación de los parámetros longitudinales del circuito equivalente
Utilizando los valores obtenido en la tabla 3 y realizando el siguiente procedimiento se obtienen la
resistencia rotórica equivalente por fase y las reactancias de dispersión rotórica y estatórica
3
Pi
Resistencia rotórica:
R' e 2
i 1
3 Il
2
Re1
3
Reactáncias de dispersión:
4
X e1
X 'e2
Uf
2 Il
Pi
sen [ ar cos(
i 1
3 U f Il
)]
Modelización: Circuito equivalente
Habiéndose realizado los ensayos precedentes estamos en condiciones de obtener un modelo
que nos permita predecir estados de funcionamiento del dispositivo.
Esto es común en la práctica de la ingeniería y al modelo se lo llama “circuito equivalente”.
Debe quedar claro que el modelo será válido para las condiciones en las cuales fueron determinados los parámetros de la máquina con devanados polifásicos simétricos (trifásico), alimentados
por una tensión polifásica senoidal (trifásica) equilibrada.
Al igual que cuando se estudia otros dispositivos polifásicos, es conveniente modelizar la máquina
mediante un circuito equivalente por fase; el cual representa el efecto integrado de las acciones de
las tres fases.
De esta manera obtenemos el siguiente circuito equivalente, por fase, del motor asincrónico trifásico (MAT):
Del mismo se puede ver la semejanza con el circuito equivalente del transformador, no obstante
en este caso no podemos hacer la simplificación de despreciar la rama de excitación (parámetros
transversales), ni aceptar la aproximación de llevar está rama a los terminales del primario.
Estas aproximaciones no son admisibles en un motor de inducción funcionando en condiciones
normales porque la presencia del entrehierro exige una corriente de excitación mucho mayor (del
orden del 30 al 50 % de la intensidad nominal o de plena carga) y porque las reactancias de dispersión son también necesariamente altas.
Puede simplificarse algo el circuito equivalente de un motor de inducción si se prescinde de la resistencia Rp, y si los efectos del conjunto de las pérdidas en el núcleo se deducen de la cupla o de
la potencia al mismo tiempo que se deducen los efectos del rozamiento, resistencia del aire y pérdidas mecánicas, quedando en ese caso el circuito equivalente aproximado de la siguiente manera:
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
8
5
Gráficos
6
Análisis y conclusiones
Se realizará un Análisis exhaustivo y sintético del comportamiento del motor en carga.
Las conclusiones sobre este Análisis deberán ser concisas y no se extenderán más de 5 párrafos.
REALIZADO POR LOS INGS. DÍAZ, RAÚL; FRENE HORACIO Y MASSA PABLO
DOCENTES DEL ÁREA DE MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
MARZO 2005
9