Informe-5 Motor de Inducción

I. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Observar la operación del motor de inducción trifásico siendo alimentado por dos fases de un sistema trifásico.

Observar el motor de inducción trifásico operando como motor monofásico.

Verificar la operación de los siguientes motores: motor de inducción monofásico de arranque por condensador. Motor de inducción monofásico con condensador de marcha, motor de repulsión/inducción.

II. DESCRIPCIÓN BREVE DE LA PRÁCTICA

La presente práctica busca establecer algunas comparaciones entre las gráficas fasoriales de un motor de inducción,, realizando énfasis principalmente en el motor de inducción trifásico analizando para este sus características al ser alimentado con tres, dos y una fase respectivamente, conociendo para cada caso las particularidades en que se desarrollaba el arranque si era posible que se generase este. Además se estudian las características en el arranque para un motor monofásico de inducción con arranque por condensador y otro con condensador en marcha.

Un motor de inducción tiene físicamente el mismo estator de una máquina sincrónica con diferente construcción de rotor, existen dos tipos diferentes de rotores de motor de inducción que se pueden colocar dentro del estator, rotor jaula de ardilla y rotor devanado; Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla.

Estas son las características típicas de cada tipo de motor, aunque pueden variar según el diseño:

Motor de fase partida (sin condensador)

- Par de arranque moderado (cerca del 200% del nominal).- Baja eficiencia (nominal, cerca del 60%).- Bajo fp (nominal, cerca de 0.6).- vibración moderada.- potencias pequeñas.

Al motor de fase partida también se le llama de uso general, y es el más simple. Se utiliza en muchas aplicaciones no se necesita ninguna característica especialmente elevada.

Motor con condensador de arranque- Par de arranque alto (superior a 300% del nominal).- Baja eficiencia.- Bajo fp.- Vibración moderada.- Potencias hasta 10 HP.

El motor de capacitor de arranque es muy similar al de fase partida en operación permanente, ya que el condensador se desconecta en el arranque. Generalmente se utiliza cuando se requiere un alto par de arranque, o muchos arranques sucesivos.

Motor con condensador permanente- Par de arranque bajo (menor que el nominal).- Alta eficiencia (cerca de 70%).- Alto fp (entre 0.8 y 0.9).- Poca vibración.- Potencias pequeñas.

El motor con condensador permanente tiene muy buenas características en operación permanente, y se utiliza generalmente en aplicaciones que deben ser silenciosas (como un ventilador de hospital) o que necesitan alta eficiencia, y que casi no se apagan.

Motor con doble condensador- Par de arranque moderado (cerca del 200% del nominal).- Alta eficiencia.- Alto fp.- Poca vibración.- Amplio rango de potencias.

El motor con doble condensador tiene un condensador que funciona permanentemente y otro que se desconecta en el arranque. Esto hace que combine las ventajas de los otros dos tipos de motor con condensador, y que se preste para aplicaciones que requieran alto par de arranque, eficiencia y fp, como una picadora de pasto de -digamos- 15HP.Probablemente el compresor alternativo tenga un motor de este tipo, para soportar las dificultades en el arranque y los arranques sucesivos.

MOTORES DE INDUCCIÓN

Laboratorio de Electricidad II, Práctica No 1, febrero 14 del 2013. Universidad Tecnológica de Pereira.

III. MATERIALES Y GRUPO UTILIZADO

Fuente de alimentación. Motor de impulsión/dinamómetro. Motor con condensador de arranque. Motor con condensador de marcha. Motor de inducción jaula de ardilla. Motor repulsión/inducción. Carga capacitiva. Interfaz de adquisición de datos. Accesorios. Computador personal. Equipo de lab-volt Multímetro digital Cables para conexión

Características de placa de los motores utilizados:

Las tablas 1,2 y 3 muestran las características de los motores utilizados dentro de la práctica de laboratorio.

Motor jaula de ardilla

Características

Potencia RPM Vnom-Inom Frecuencia

175 W 1670 208V - 1,2A 3~ - 60Hz Tabla 1

Motor con condensador de arranque

Características

Potencia RPM Vnom-Inom Frecuencia175 W 1715 120V - 4,6A 60Hz - 1φ

Otras funciones

Motor de fase partida a resistencia

Tabla 2

Motor con condensador de marcha

Características

Potencia RPM Vnom-Inom Frecuencia

175 W 1715 120V - 2,8A 60Hz - 1φ

Otras funciones

Bifásico

Tabla 3

IV. PROCEDIMIENTO

Motor de inducción trifásico operando con dos fases de un sistema trifásico

Montar el circuito de la Figura 1 siguiendo las siguientes recomendaciones.

Interruptor principal de la fuente debe estar abierto.

La perilla de control de voltaje en la posición cero. El modulo interfaz de adquisición de datos debe

estar alimentado con baja potencia. El modulo interfaz de adquisición comunicado con

el computador por medio del ribbon o cable plano.

Abrir la herramienta aparatos de medición delLVDAM – EMS. Habilitar los siguientes medidores:E1, I1, I2 e I3 en modo CA.

Figura 1. Motor de inducción jaula de ardilla

Abrir la herramienta analizador de fasores del LVDAM – EMS. Visualizar y tomar como referencia el fasor E1, también visualizar los fasores I1, I2 e I3.

Cerrar el interruptor principal de la fuente y llevar el voltaje en terminales del motor a su valor nominal con ayuda de la perilla de control de voltaje.

Registrar las lecturas de los medidores activos. En la herramienta analizador de fasores observar los fasores de corriente y tomar lecturas de sus características (magnitud y fase).

Llevar la perilla de control de voltaje a la posición cero y abrir el interruptor principal de la fuente.

Utilizando el circuito de la Figura 1, abrir el circuito en el punto A.

Cerrar el interruptor principal de la fuente y llevar el voltaje en terminales del motor a su valor nominal con ayuda de la perilla de control de voltaje.

2


Registrar las lecturas de los medidores activos: en la herramienta analizador de fasores observar los fasores de corriente y tomar lecturas de sus características (magnitud y fase).


ANÁLISIS

Figura 2. Motor jaula de ardilla

Con ayuda del analizador de fasores del software de adquisición de datos de Lab-volt se obtuvieron los resultados que se muestran en la Figura 3.

Figura 3. Diagrama fasorial para el motor jaula de ardilla alimentada con las tres fases.

Del diagrama fasorial se aprecia que se tiene una secuencia positiva RST, se toma como referencia el fasor E1, además de él se obtuvieron los resultados que se muestran en la Tabla 4.

Fasor CA (RMS) Fase Frecuencia

E1[V] (Azul claro) 59.03 0 59.97

I1 [A] (Azul) 0.330 -71 60.04

I2 [A] (Roja) 0.388 45 59,99

I3 [A] (Morada) 0.353 162 60.02

Tabla 4. Resultados operando las tres fases en un motor trifásico.

De ella se aprecia que el desfase entre el fasores 1-2(Azul-Roja) es de 116º, entre fasores 2-3(Roja-morada) es de 117º y entre fasares 3-1(Morada-Azul) es de 127º; lo que nos indica que cada fase es de aproximadamente 120° con lo cual se evidencia la teoría estudiada, además se puede notar que de igual manera poseen la misma frecuencia y valor de carga RMS.

La Figura 4 se obtuvo también con el analizador de fasores del software de adquisición de datos de Lab-volt para este mismo motor jaula de ardilla, se abrió el circuito del punto A de la Figura 1 obteniendo la Figura 2.

Figura 4. Motor de inducción jaula de ardilla operando solo dos fases.

3


Figura 5. Diagrama fasorial para el motor jaula de ardilla tras abrir el punto A de la Figura 1.

La tabla 5 muestra los resultados obtenidos para este caso.


E1[V] (Azul claro) 31.85 0 59.89

I1 [A] (Azul) 0.005 78 30.19

I2 [A] (Roja) 0.004 60 30.19

I3 [A] (Morada) 1.104 -61 60.10

Tabla 5. Resultados operando solo dos fases en un Motor trifásico.

Implementando el mismo tipo de motor jaula de ardilla, se realizó para esté el montaje que se describe en la (Figura 2). Con ayuda del analizador de fasores del software de adquisición de datos de Lab-volt se obtuvieron los resultados que se muestran en la figura 4.

En la parte práctica se pudo evidenciar que el motor trifásico conectado como bifásico no presenta problemas en el arranque y que gira normalmente, con lo cual se puede concluir que las dos fases existentes generan el campo necesario que induce al movimiento del motor, gracias al desfase existente entre ellas. Aunque el motor trifásico conectado como bifásico puede operar normalmente, se recomienda no operarlo por un tiempo prolongado con esta conexión ya que tiende a presentarse recalentamiento del bobinado del motor, disminuyendo de esta forma la vida útil del equipo.

Motor de inducción trifásico, operando como motor monofásico

Utilizando el circuito de la Figura 1, abrir el circuito en los puntos A y B.

Cerrar el interruptor principal de la fuente y llevar el voltaje en terminales del motor al 50% de su valor nominal.

Registrar las lecturas de los medidores activos: en la herramienta analizador de fasores, observar los fasores de corriente y tomar lecturas de sus características (magnitud y fase).


Figura 6. Motor de inducción trifásico jaula de ardilla funcionando como motor de inducción monofásico.

Montar el circuito de la Figura 6, seguir las recomendaciones del numeral uno del procedimiento.

El capacitor C1 deber ser de 15.4 μF. Para la obtención de esta capacitancia debe utilizarse el módulo de carga capacitiva. Cerrar el interruptor principal de la fuente y llevar el voltaje en terminales del motor a su valor nominal con ayuda de la fuente de perilla de control de voltaje.

Registrar las lecturas de los medidores activos: en la herramienta analizador de fasores, observar los fasores de corriente y tomar lecturas de sus características (magnitud y fase).


ANALISISA diferencia de los montajes anteriores este presento inconvenientes en el arranque, ya que tras solo la alimentación con una de sus fases no se generaba el campo necesario para producir el movimiento (giro) del rotor. Razón por la cual se hace necesaria la conexión de una carga capacitiva entre los bornes de la fase de alimentación y otra cualquiera (ver Figura 6) para generar el arranque del motor. Con ayuda de una carga capacitiva se varió el valor de esta hasta producir el movimiento del rotor, iniciando con 2,2 μF, luego 4,4 μF, 6,6μF, 8,8 μF y asi hasta 15,4 μF carga capacitiva para la cual se generó el arranque del motor, es decir con esta carga se generaba un campo capaz de generar el torque en el eje.

Además se evidencio en la práctica que esta carga capacitiva solo es necesaria para el arranque del motor ya que en ausencia de esta luego de generarse el movimiento el motor sigue girando normalmente esto sin una carga que soporte el eje.

Con ayuda del analizador de fasores del software de adquisición de datos de Lab-volt se obtuvieron los resultados que se muestran en la Figura 7.

4


Figura 7. Diagrama fasorial para el motor jaula de ardilla alimentada con una de sus tres fases.

En la tabla 6 se aprecian los resultados obtenidos para este tipo de conexión.


E1[V] (Azul claro) 59.03 0 59.97

I1 [A] (Azul) 0.005 148 30.19

I2 [A] (Roja) 0.568 87 60.06

I3 [A] (Morada) 2.510 -37 59.91

Tabla 6. Motor jaula de ardilla alimentada con una de sus tres fases.

Esta conexión no es útil en la industria ya que el motor solo opera en vacío en ausencia de carga capacitiva, razón por la cual se encuentran en el mercado diferentes clases de motores monofásicos.

Motor de inducción monofásico con condensador de arranque (1).

Utilizando el módulo motor de arranque por condensador montar el circuito de la Figura 8, siguiendo las recomendaciones del numeral uno del procedimiento. Recordar que la fuente variable de 0–120 Voltios AC, se encuentra en los puntos de conexión cuatro, cinco o seis y el punto N de la fuente de alimentación.

Figura 8. Motor de arranque por condensador (1).

Abrir la herramienta aparatos de medición del LVDAM – EMS. Habilitar los siguientes medidores: E1 e I1 en modo CA. Abrir la herramienta analizador de fasores visualizando y colocando como fasor de referencia el voltaje E1, también visualizar el comportamiento I1.

Cerrar el interruptor principal de la fuente, con ayuda de la perilla de control de voltaje, llevar suavemente el voltaje en terminales de alimentación del motor al 50% de su valor nominal.

Observar el comportamiento del voltaje y la corriente en el analizador de fasores mientras se aumenta el voltaje en terminales del motor.

Llevar la perilla de control de voltaje a la posición mínima y abrir el interruptor principal del a fuente.

ANALISIS

La Figura 9 muestra el motor con condensador de arranque utilizado dentro de la práctica.

5


Figura 9. Motor de inducción monofásico con condensador de arranque (1).

Se realizó para este tipo de motor el montaje que se encuentra en la Figura 8 obteniendo el siguiente grafico fasorial.

Figura 10. Diagrama fasorial para el Motor de arranque por condensador (1).



E1[V] (Azul claro) 29.11 0 60.04

I1 [A] (Azul) 3.037 -61 59.54Tabla 7. Motor de arranque por condensador (1).

Para este tipo de conexión el devanado principal siempre va, el capacitor intermitente que se utiliza puede o no ir ya que este solo está activo mientras el motor alcanza su

velocidad nominal, el capacitor centrifugo inicialmente se encuentra cerrado y cuando se desactiva el capacitor intermitente este entra en marcha sacando de marcha todo lo demás solo quedando activa la bobina.

El capacitor intermitente solo genera la carga capacitiva necesaria para que el motor monofásico arranque.

En la práctica se evidencia claramente el cambio entre el capacitor intermitente y el centrífugo, ya que este cambio genera un pequeño ruido tras la activación o desactivación de uno u otro tras estar cerca de la velocidad de rotación nominal del motor.

Motor de inducción monofásico con condensador de marcha (2).



Abrir la herramienta aparatos de medición del LVDAM – EMS. Habilitar los siguientes medidores: E1, I1 e I2 en modo CA. Abrir la herramienta analizador de fasores visualizando y colocando como fasor de referencia el voltaje E1, también visualizar el comportamiento de I1 e I2.

Cerrar el interruptor principal de la fuente, con ayuda de la perilla de control de voltaje, llevar suavemente el voltaje en terminales de alimentación del motor al 50% de su valor nominal.


Llevar la perilla de control de voltaje a la posición mínima y abrir el interruptor principal de la fuente.

Después de moverse por unos momentos, el motor ha debido apagarse debido a que la protección del módulo se accionó a causa de los valores elevados de corriente en el

6


motor, para poder volver a utilizar el módulo se debe reponer el disyuntor que se encuentra detrás del panel frontal de módulo.

ANALISIS

Se realizó para este tipo de motor el montaje que se encuentra Figura 11 obteniendo el siguiente grafico fasorial.




E1[V] (Azul claro) 53.74 0 60.14

I1 [A] (Azul) 3.585 -5 60.00

I2 [A] (Rojo) 4.869 116 60.05Tabla 8. Motor de arranque por condensador (2).




Abrir la herramienta aparatos de medición del LVDAM – EMS. Habilitar los siguientes medidores: E1, I1 e I2 en modo CA. Abrir la herramienta analizador de fasores visualizando y colocando como fasor de referencia el voltaje E1, también visualizar el comportamiento de I1 e I2.

Cerrar el interruptor principal de la fuente, con ayuda de la perilla de control de voltaje, llevar suavemente el voltaje en terminales del motor a su valor nominal.

Observar el comportamiento del voltaje y la corriente en el analizador de fasores mientras se aumenta el voltaje en terminarles del motor.


ANALISIS


7





E2[V] (Rojo) 113.3 0 59.98

I1 [A] (Azul) 3.715 -79 59.98

I3 [A] (Morado) 0.004 26 30.19Tabla 9. Motor de arranque por condensador (3).


Figura 15. Motor con condensador de marcha (4).

Con el módulo motor con condensador de marcha, montar el circuito de la Figura 15, seguir las recomendaciones del numeral uno del procedimiento.

Abrir la herramienta aparatos de medición del LVDAM – EMS. Habilitar los siguientes medidores: E1, I1 e I2 en modo CA. Abrir la herramienta analizador de fasores

visualizando y colocando como fasor de referencia el voltaje E1, también visualizar el comportamiento de I1e I2.

Cerrar el interruptor principal de la fuente, con ayuda de la perilla de control de voltaje, llevar suavemente el voltaje en terminales del motor a su valor nominal.



ANALISIS

La figura 16 muestra el motor con condensador de marcha utilizado dentro de la práctica.

Figura 16. Motor de inducción monofásico con condensador de marcha (4).


8


Figura 17. Diagrama fasorial para el Motor de marcha por condensador (4).



E2[V] (Rojo) 114.5 0 59.92

I1 [A] (Azul) 1.897 -110 59.93

I3 [A] (Morado) 2.163 48 59.99Tabla 10. Motor de arranque por condensador (4).

A diferencia del anterior el capacitor opera durante toda la marcha para darle estabilidad al motor, corrige con ello además los posibles risos que se presenten, permitiendo además soportar más carga. Al igual que para la conexión en monofásico del motor trifásico, sin el condensador de carga también puede girar el rotor pero tras aplicar una carga se detendrá.

V. CONCLUSIONES

- La práctica fue más que todo de observación razón por la cual en ningún momento se entran a comparar los valores de voltaje, corriente, velocidad de rotación o torque de un tipo de motor con respecto a otro, es más, estas variables no se tuvieron en cuenta para el desarrollo de la práctica.

- Si deseamos cambiar el sentido de giro de un motor trifásico alimentado con tres líneas trifásicas solo debemos intercambiar dos de estas.

- El giro de un motor se presenta producto del desfase existente entre las fases que alimentan las bobinas del motor, este desfase entre las corrientes inducen campos que se hayan también desfasados y que permiten el movimiento del rotor.

- El motor trifásico opera bien tras su conexión como uno bifásico, siempre y cuando no se opere este por un tiempo prolongado.

- Un motor monofásico de inducción no tiene par de arranque razón por la cual se requiere en este la conexión de una carga capacitiva para arrancar, además de tener como fin esta que el motor soporte más carga.

- En ausencia de carga el motor trifásico conectado como monofásico solo requiere de la carga capacitiva para arrancar.

- La carga mínima necesaria para que el motor trifásico funcionando como monofásico genere torque y por ende movimiento debe ser de 15,4 μF.

- La potencia suministrada a una carga trifásica es constante en todo momento y no pulsante, como en los sistemas monofásicos.

- Para el motor trifásico funcionando como monofásico se debe tener precaución en no alimentar con demasiado voltaje los bornes de este ya que a pesar de que este no arranque por él está circulando una alta corriente que podría terminar por dañar el motor

VI. BIBLIOGRAFÍA

[1] CHAPMAN, Stephen J. MAQUINAS ELECTRICAS. BOGOTA: MCGRAW-HILL INTERAMERICANA S.A., 2000. Páginas 613-630. Tercera edición.

[2] Motores trifásicos de Inducción Generalidades disponible en (http://prof.usb.ve/jaller/Guia_Maq_pdf/ cat_motores_ind.pdf).

[3] Motores trifásicos de Inducción disponible en (http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes _EyM/Capitulo_8_Motores_de_Induccion.pdf).

[4] KOSOW, Irvin. “Máquinas Eléctricas Y Transformadores”. Colombia. Editorial Reverte S.A., 1982.

9

Informe-5 Motor de Inducción

Documents

Transcript of Informe-5 Motor de Inducción