GUIA DE LABORATORIO TECNOLOGIA ELECTRICA.pdf

7/25/2019 GUIA DE LABORATORIO TECNOLOGIA ELECTRICA.pdf

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRADEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA

Ensayosen

Máquinas Eléctricas

Marino Alfonso Pernía CastroSan Cristóbal, febrero 2004



- ii -

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L E X P E R I M E N T A L D E L T A C H I R AMarino Alfonso Pernía Castro mperní[email protected]

ENSAYOS EN MAQUINAS ELECTRICAS(Resumen)

PERNIA CASTRO, Marino A.

Este trabajo se constituye en la realización de ensayos básicos de laboratorio paramáquinas eléctricas, abarcando desde transformadores, máquinas de corriente alterna:asíncronas y síncronas, máquinas de corriente continua y motores monofásicos. En laindustria se dispone de la mayoría de estas máquinas eléctricas, haciéndoseimprescindible un adecuado y sistemático programa de ensayos, que permita dar aconocer al practicante de los mismos aspectos constructivos, principio defuncionamiento, estudio de características de las maquinas eléctricas y comprobación permanente de conceptos que reforzaran los conocimientos teóricos que se puedantener de las máquinas eléctricas, así como permitir los conocimientos básicos para el

futuro control, mantenimiento y operación de las mismas. Los ensayos propuestosfueron ejecutados, analizados, probados y evaluados, de modo que se implementencon el objeto de cumplir con la programación actualizada de las asignaturas:Laboratorio de Fundamentos de Ingeniería Eléctrica y Laboratorio de Electrotecnia IIde Ingeniería Electrónica e Ingeniería Mecánica respectivamente, así como para eluso de ingenieros y técnicos que se dediquen al área de operación, control ymantenimiento de máquinas eléctricas. La elaboración de los mencionados ensayosse realizó incorporando todas las máquinas e instrumental, llegado en pasado recientea propósito del convenio UNET-EDUCTRADE con el gobierno español, para losmencionados laboratorios. Los ensayos propuestos conducen al practicante a queestos sean realizados de manera confiable y segura mediante un método ordenado y

sistemático.

PALABRAS CLAVE: Máquinas Eléctricas, Ensayos.



- iii -


INTRODUCCION

Las máquinas eléctricas se constituyen en los brazos ejecutores de la granmayoría de las tareas que se realizan en la industria, en nuestros hogares y en todoslos ámbitos donde se vea involucrada la conversión de energía eléctrica en mecánicao viceversa. Esta razón exige a todos los técnicos e ingenieros el conocimientofundamental de su manejo.

Este trabajo desarrolla los ensayos básicos que todo ingeniero debe manejar enlo concerniente a las máquinas eléctricas. Se adecua a las máquinas existentes en el

laboratorio de La Universidad y se constituye en la herramienta básica para darcumplimiento a los tópicos exigidos en las asignaturas Laboratorio de Fundamentosde Ingeniería Eléctrica y Laboratorio de Electrotecnia II de las carreras de IngenieríaElectrónica y Mecánica respectivamente de la Universidad Nacional Experimental delTáchira.

Son objetivos generales para el practicante de los ensayos que aquí se detallanque pueda efectuar un trabajo sistemático que le permitirá conocer el principio defuncionamiento, las partes constructivas, las condiciones de trabajo y otros pormenores más que caracterizan a las máquinas eléctricas.

Cada uno de las unidades que se constituyen pueden representar una, dos otres sesiones semanales (3 horas) de trabajo directo en el laboratorio, el cual deberáser preparado atendiendo a los pre-requisitos exigidos y complementando concálculos, elaboración de graficas, análisis de los resultados e investigacióndocumental solicitada en el apartado denominado INFORME.

El desarrollo de las experiencias se ejecutará siguiendo un estricto apego alorden de dificultad y bajo una conducción ordenada de los ensayos que se debenrealizar, atendiendo a normas de seguridad y disponibilidad de equipos existentes enel laboratorio.

El conocimiento acumulado en el área ha permitido desarrollar experienciasde las cuales se dispone de poca información. Las mismas llevan indicaciones que permiten realizarlas con seguridad y confianza, ejecutándose, de manera muy similara como se haría en la industria.

Finalmente este trabajo viene acompañado de anexos que permitirán al practicante ubicar rápidamente la información complementaria requerida para el logrode los objetivos.

Marino A. Pernía C.



- iv -


CONTENIDO

I CIRCUITOS MAGNETICOS Y TRANSFORMADORES 11 Observación de campos magnéticos 22 Verificación de la ley de Faraday 33 Verificación del aislamiento del transformador 44 Medición de la resistencia de los devanados del transformador 45 Aspectos constructivos y tipos de transformadores 76 Ensayo en vacío de un transformador 87 Ensayo en cortocircuito de un transformador 98 Ensayo bajo carga. Regulación de un transformador 119 Rendimiento de un transformador 1310 Polaridad de un transformador 13

II MOTORES DE INDUCCION O ASINCRONOS 16

1 Aspectos constructivos 182 Aislamiento del motor 183 Resistencia efectiva 184 Ensayo en vacío a rotor libre 205 Ensayo en vacío a velocidad de sincronismo 226 Ensayo a rotor bloqueado 25

7 Ensayo bajo carga 27Arranque del motor de inducción 318.1 Arranque usando resistencia adicional al rotor 328.2 Arranque a tensión reducida usando resistencias en los devanados del

estátor 33

8.3 Arranque a tensión reducida mediante auto transformador 33

8

8.4 Arranque estrella – triangulo 349 Condiciones anormales de funcionamiento 35

II MAQUINAS SINCRONICAS 381 Conociendo la máquina sincrónica (aspectos constructivos) 392 Verificación del aislamiento 403 Determinación de la resistencia efectiva de los devanados 404 Medición indirecta de la Resistencia de los devanados del estator 415 Ensayo en vacío de un generador sincrónico 426 Ensayo de variación de velocidad (frecuencia) en un gen. sincrónico 437 Ensayo en cortocircuito de un generador sincrónico 438 Ensayo bajo carga de un alternador sincrónico 479 Acoplamiento en paralelo de un alternador trifásico a la red 4810 Arranque del motor sincrónico 5211 Determinación de las curvas en V de un motor sincrónico 53



- v -


IV MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA 561 Conociendo la máquina DC 572 Verificación del aislamiento 583 Determinación de la resistencia efectiva de los devanados 584 Ensayo en vacío de un generador DC auto excitado 585 Regulación de velocidad en motores DC 596 Ensayo bajo carga de un motor compuesto acumulativo 61

.V MOTORES MONOFASICOS 64 Generalidades 65 El motor de inducción monofásico de fase partida por resistencia y con

capacitor de arranque 66 El motor monofásico de fase partida con capacitor permanente 67 Motor de repulsión –inducción 68 Motor Universal 69

Bibliografía 72

Anexo 1 Circuitos magnéticos y transformadoresAnexo 2 Máquinas asíncronas



UNIDAD 1

CIRCUITOS MAGNÉTICOSY

TRANSFORMADORES




2

UNIDAD I CIRCUITOS MAGNETICOS Y TRANSFORMADORES


1. CIRCUITOS MAGNÉTICOS Y TRANSFORMADORES

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer los conceptos fundamentales de la electricidad y el magnetismo, comolo son: intensidad de corriente, tensión o diferencia de potencial, resistenciaeléctrica, reluctancia magnética, potencia y energía electromagnética, campomagnético, líneas de flujo magnético, conductores, aislantes, materialesferromagnéticos...

2) Conocer la leyes fundamentales del electromagnetismo (Ampere, Biot-Savart,Faraday, Lenz,…)

3) Conocer el principio de funcionamiento de un transformador, sus partesconstructivas, transformador ideal y transformador práctico.4) Conocer aspectos constructivos de los transformadores: devanados (primario y

secundario, alta y baja tensión), carcaza, núcleo, terminales, nomenclatura,número de espiras...

5) Instrumentos de medición: amperímetros, voltímetros, multímetros, megómetroo megger, puente de Wheatstone, ohmetro u ohmiómetro.

II. OBJETIVOS:

1) Detectar la presencia de campos magnéticos en un circuito

2) Montar un circuito magnético y analizar la característica V vs I para cuando seusa núcleo de aire y para cuando se usa núcleo de hierro.3) Analizar el comportamiento de un circuito magnético para cuando se le excita

con corriente continua y con corriente alterna.4) Demostrar la ley de inducción de Faraday en un circuito magnético con dos

devanados diferentes.5) Medir el aislamiento que presenta el transformador, mediante el uso de un

megger.6) Medir utilizando por lo menos dos métodos la resistencia propia de los

devanados de un transformador.

III. DESARROLLO:

1. Observación de campos magnéticos

Monte el circuito mostrado en la figura # 1 disponiendo de una bobina y una fuentede tensión variable. Proceda a realizar las mediciones que se indican en la tabla # 1mediante el uso de un voltímetro y un amperímetro, adecuado a las características dela fuente y de la bobina utilizada. Nota: Cerciorese de no superar las corrientes máximas permisibles por las bobinas ylos instrumentos.



3



tabla # 1a Característica V vs ICorriente continua

Núcleo de aire Núcleo de Fe

VI

tabla # 1b Característica V vs ICorriente alterna

Núcleo de aire Núcleo de Fe

VI

Mientras se realiza la experiencia, acerque objetos ferromagnéticos (ej. Un clip) alcircuito, coloque las bobinas en diferentes ángulos y orientaciones, vigile latemperatura, los ruidos, las fuerzas, etc. Tome nota, analice y comente.

INFORME

Sobre una misma gráfica trate de ubicar para efectos de comparación las curvascorrespondientes a:a) Corriente alterna: aire, hierro. b) Corriente continua: aire, hierro.c) Núcleo de aire: continua y alterna.d) Núcleo de hierro: continua y alterna.

2. Verificación de la Ley de Faraday

Usando dos bobinas de diferente número de espiras, colóquelas de tal modo que sealimente por el lado de menor número de espiras, y la carga (una lámpara) seacolocada en el lado de mayor número de espiras. Cuide no sobrepasar las corrientesmáximas permitidas. Monte el circuito mostrado en la fig. # 2 y tome lascorrespondientes medidas para completar la tabla # 2

+

V

- L,N

I

V

fig. # 1 Circuito eléctrico de una bobinay una fuente de tensión

lámpara

fig. # 2 Verificación de la Ley de Faraday, mediante el uso de dos bobinas

L2

N2

I2

V2 V

L1

N1

I1

V1



4



tabla # 2 Verificación de la ley de Faraday en un circuito con dos bobinas

CORRIENTE ALTERNA

NÚCLEO DE AIRE NÚCLEO DE HIERRO

V1

V2

I1

I2

INFORME

e) Grafique V vs I para ambos casos, analice y comente.f) ¿Por qué cuándo se utiliza núcleo de aire, la lámpara no enciende?g) Si el mismo ensayo se realiza con núcleo de hierro y alimentando con corriente

continua, ¿que se puede esperar que suceda? Explique.

3. Verificación del aislamiento que debe presentar el transformador

Mediante el uso de un megger o megómetro verifique el aislamiento que debe presentar el transformador entre las partes señaladas en la tabla # 3.

tabla # 3.Verificación del aislamiento que debe presentar el transformadorPuntos de prueba Devanado

primario y carcaza

Devanado secundario

y carcaza

Devanados primario y

secundarioMedida MΩ

INFORME

h) Anote cualquier observación de interés, analice los resultados y hagacomentarios.

i) ¿Por qué resulta importante la medición de aislamiento?

4. Determinación de la resistencia efectiva de los devanados del transformador

4.1 Medición directa (en frío)Mediante el uso de un puente de Wheatstone y/o un multímetro digital realice

mediciones en los devanados que le permitan completar la tabla # 4. Utilice eldevanado completo del transformador.

.tabla # 4 Medición directa de la resistencia de los devanados del transformador o medición en frío

Ptos de Medida Devanado 1 Devanado 2

R( Ω) (Multímetro)

R( Ω) Puente W

NOTA: Considere la resistencia que presentan los cables o puntas de prueba del aparato.



5



4.2 Medición indirecta (en caliente)Mediante el uso de una fuente de tensión continua variable, un amperímetro y un

voltímetro DC proceda a inyectar tensión (con muy poca tensión circula la I nominal)a un devanado del transformador, hasta que circule el valor nominal de la corriente por el devanado, después realice lo mismo con el segundo devanado, llene la tabla #5. Establezca una escala de corriente que no supere la nominal del devanado y midala tensión.

tabla # 5 Medición indirecta de resistencia (método voltímetro–amperímetro o medición en caliente)tabla # 5-a (devanado primario)

V (v)

Idc ( A )R 1(Ω)R 1prom

INFORME

j) Con los valores obtenidos de la tabla # 5. Grafique I vs V y obtenga (pendiente dela recta) el valor de la resistencia del devanado ensayado.

k) Calcule la Resistencia promedio de cada devanado.l) Analice y compare los resultados obtenidos por ambos métodos (frío y caliente).m) Obtenga el valor de la resistencia efectiva de los devanados del transformador

considerando el factor aproximado que introduce la corriente alterna con respectoa la corriente continua.

R AC = 1,25 R DC

n) Explique el concepto de resistencia efectiva de un devanado. ¿Por qué es diferenteel valor de la resistencia de un conductor al paso de la corriente continua conrespecto a la resistencia que presenta en corriente alterna?

o) Averigüe el efecto que produce la temperatura y la frecuencia de la corriente(efecto pelicular).

p) ¿Qué instrumento resultaría más adecuado para la medición en frío de laresistencia de los devanados del transformador?. ¿Por qué?

tabla # 5-b (devanado secundario)V (v)

Idc ( A )

R 2(Ω)

R 2prom.

R

I

V VDC devanado

Fig # 3 Medición indirecta de resistencias



6



Mediciones realizadas a circuitos magnéticos y transformadores. Hoja N° 1Integrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla #1 Característica V vs I en un circuito con una bobina o inductanciatabla # 1 a tabla # 1b

|Corriente continua Corriente alterna Núcleo de aire Núcleo de hierro Núcleo de aire Núcleo de hierro

V V

I I

tabla # 2 Verificación de la ley de Faraday en un circuito con dos bobinasCORRIENTE ALTERNA

Núcleo de Aire Núcleo de Hierro

V1 V2 I1 I2

tabla # 3 Verificación del aislamiento de un transformador monofásico

Puntos de prueba Primario ycarcaza

Secundario ycarcaza

Primario ysecundario

Otro

Medida en M

. tabla # 4 Medición directa de la resistencia de los devanados del transformador o medición en fríoPuntos de Medida Devanado total 1 Devanado total 2R medida

(multímetro)R medida

(puente de W.)

tabla # 5 Medición indirecta de resistencia (método voltímetro–amperímetro o medición en caliente)tabla # 5a tabla # 5b

V V

I I

R 1 R 2

R 1PROMED R 2PROMED

_______________________ profesor



7



2 TRANSFORMADORES

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer el circuito equivalente de un transformador y el significado de sus parámetros.

2) Conocer el principio de funcionamiento de un transformador. 3) Tener claro el concepto de inducción aplicado a los transformadores, así como los

aspectos constructivos de los mismos. 4) Establecer las condiciones necesarias para la realización de un ensayo en vacío y

un ensayo en cortocircuito de un transformador.5) Conocer el circuito equivalente del transformador y sus parámetros.6) Tener referencia del flujograma de potencias o balance energético de un

transformador. Potencia de entrada, potencia de salida, pérdidas del cobre, pérdidas del hierro, rendimiento o eficiencia.

7) Medición de potencia activa usando el vatímetro.8) Polaridad en un transformador, polaridad aditiva, polaridad sustractiva, terminales

de igual polaridad. 9) Regulación de tensión de un transformador. 10) Rendimiento de un transformador.

II. OBJETIVOS

1) Establecer contacto preliminar con los transformadores existentes en ellaboratorio para observar sus aspectos constructivos. Estableciendo diferenciasentre unos y otros.

2) Realizar un ensayo en vacío para un transformador. 3) Realizar un ensayo en corto circuito para un transformador. 4) Determinar mediante los ensayos: voltímetro-amperímetro, en vacío y

cortocircuito los parámetros del circuito equivalente de un transformador.5) Determinar la relación de transformación del transformador ensayado. 6) Determinar las perdidas nominales del Hierro y del Cobre que presenta el

transformador.

7) Calcular para condiciones nominales la regulación de tensión y el rendimiento enel transformador ensayado.

8) Determinar la polaridad de los devanados de un transformador.

III. DESARROLLO

1. Conociendo el transformador (aspectos constructivos)

Con los transformadores que se tiene a disposición, reconozca las principales partesconstructivas de los mismos, establezca el tipo: de acuerdo con el número de fases, el



8



A.T.

fig. # 4 Ensayo en vacío de un transformador

TRANSFOR

MADOR

W

VAC

X1H1

X2 H2

AIO

V VO

WO

B.T.

enfriamiento, el uso o utilidad, analice la bornera o caja de terminales, los tipos deconexión, la nomenclatura utilizada, la placa de datos...

En INFORME posteriora) Deberá complementar esta información con gráficos y figuras de los

transformadores analizados, así como de transformadores de medida,transformadores de potencia, transformadores de distribución, “pad mounted”,“sub way”, transformadores de aislamiento, auto-transformadores,transformadores de pulsos...

2. Ensayo en vacío de un transformador.

Generalmente el devanado de alta tensión se debe dejar abierto y se alimenta a plenatensión por el lado de baja, si lo que se desea es determinar sus parámetros y pérdidas para condiciones nominales. Los instrumentos se conectan tal como se indica en lafigura # 4.La corriente que circula por el primario será del orden de 1 al 10% de la nominalsiendo los valores inferiores para los transformadores de mayor potencia y lossuperiores para los de pequeña potencia.En este ensayo se obtienen los parámetros en paralelo del circuito equivalente, asícomo el valor de las pérdidas en el núcleo del transformador.

Monte el circuito mostrado en la figura # 4 y proceda a realizar las mediciones que

le permitan llenar la tabla # 6. Se deben fijar los valores de tensión a partir de loscuales se aprecie lectura en el vatímetro y proceder a leer la corriente y la potencia,hasta que se alcance la tensión nominal en orden ascendente luego se toman losmismos valores de tensión en orden descendente, siempre teniendo la precaución deno devolver el reóstato o la fuente cuando se esté colocando un valor.



9



tabla # 6 Ensayo en vacío de un transformador Vo(V) 20 40 60 80 100 120 100 80 60 40 20Io(A)

Wo(W)

cosϕo

R m(Ω)

Xm(Ω)

INFORME

b) Grafique Wo vs Vo

2

y obtenga de la gráfica, la resistencia equivalente donde sedisipan las pérdidas del núcleo (R M).c) Grafique Xm vs V0, V0 vs I0, W0 vs cosϕo: analice y comente.d) Usando los valores de tensión nominal, determine por cálculo, los valores de

R m, Xm, además indique el valor de las pérdidas del núcleo (PFe) o hierro deltransformador ensayado y complete la tabla # 7.

tabla # 7 Valores nominales determinados del ensayo en vacío

Vo (volt) Io(A) PFe (Watts) R m (Ω) Xm (Ω) cosϕo

Fe P

oV

m R

2=

2200

20

)( Fe

m

P I V

V X

−=

oo

oo

I V

W =ϕ cos

PFe = Wo

Nota: Estas fórmulas deben deducirse o demostrarse a partir del circuito (fig. # 4)

3. Ensayo en cortocircuito de un transformador.

Generalmente el devanado de baja tensión se debe cortocircuitar y alimentar atensión reducida por el lado de alta, tal que haga pasar por el devanado en

cortocircuito la corriente nominal del mismo, si lo que se desea es determinar sus parámetros y pérdidas para condiciones nominales. Los instrumentos se conectan talcomo se indica en la figura # 5.

La tensión que se aplica al devanado correspondiente, que será generalmente el dealta tensión, es del orden del 2 al 15% de la tensión nominal del transformador. Los porcentajes menores corresponden a los transformadores de mayor potencia. Dichatensión recibe el nombre de tensión de cortocircuito, siendo un valor característicodel transformador proporcionado por el fabricante y que se expresa en porcentajerespecto a la tensión nominal.



1 0



En este ensayo se obtienen los parámetros en serie del circuito equivalente R T, XT,así como el valor de las pérdidas en el cobre del transformador.

Monte el circuito mostrado en la figura # 5 y proceda a realizar las mediciones que le permitan llenar la tabla # 8. Fije valores de corriente de cortocircuito entre 0 e In y proceda a obtener los demás parámetros.

Nota: En este ensayo puede requerirse el uso de transformador de corriente con elobjeto de no sobrepasar las corrientes máximas permitidas por los vatímetros.

tabla. # 8 Ensayo en cortocircuito de un transformador Vcc(V)

Icc(A) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

|Wcc(W)

cosϕcc

ZT(Ω)

R T(Ω)

XT(Ω)

INFORME e) Grafique Wcc vs Icc y obtenga de la gráfica la resistencia equivalente R T donde

se disipan las pérdidas del cobre (PCu) de ambos devanados.f) Grafique XT vs Icc, Vcc vs Icc, Wcc vs cosϕcc: analice y comente.

fig. # 5 Ensayo en cortocircuito de un transformador

B.T.

ICC

TRANSFOR

MADOR

W

VAC

H1X1

H2 X2

A

V Vcc

Wcc

A.T.



1 1



g) Usando los valores de corriente nominal, determine por cálculo, los valoresde R T, XT, además indique el valor de las pérdidas del Cobre PCu deltransformador ensayado y complete la tabla # 9.

h) A partir de los valores medidos de R 1 y R 2 (ensayo anterior) y R T obtenga elvalor de α o relación de transformación del transformador.

i) A partir de las pérdidas obtenidas para el transformador en condicionesnominales y para una potencia nominal de 0,5 KVA y factor de potencia iguala 1(fp = 1) calcule el rendimiento del transformador.

tabla # 9 Valores nominales obtenidos del ensayo en cortocircuito

I (Amp) PCu (Watts) R T = R 1 + α

2

R 2 (Ω) XT = X1 + α

2

X2 (Ω) cosϕcc

Nota: Estas formulas deben deducirse o demostrarse

Obsérvese que en este ensayo no puede obtenerse por separado R 1, R 2, X1, X2, otradeducción interesante es que la potencia medida en este ensayo representa la potenciadisipada en el cobre del transformador en condiciones nominales.

4. Ensayo bajo carga de un transformador.

4.1 RegulaciónEn los transformadores, la tensión secundaria varía con la carga, aun cuando la

tensión de alimentación primaria permanezca constante. Esto es debido a que lasresistencias de los devanados y reactancias de dispersión del transformador provocanuna caída de tensión proporcional a la corriente que circula por ellos. Esta variaciónen la tensión secundaria es una característica muy importante del transformador real,ya que cuanto menor sea esta variación, tanto mejor será el transformador, en elsentido de mantener una tensión constante en el secundario, independiente de la cargaconectada al mismo.Monte el circuito mostrado en la figura # 6 y proceda a realizar las mediciones quele permitan llenar la tabla # 10.

cc

ccT

I

V Z =

2

2

2

−

=

cc

cc

cc

ccT

I

W

I

V X

2

1

R

R RT −=α

2cc

cc

I

W

T R =

100cos

cos ×++

= FeCu P P VI

VI

ϕ

ϕ ε



1 2



tabla # 10 Regulación y rendimiento de un transformador

V1 = ________ V (fijo) V20 = 100 V

V2n (V) ∆ν% I1 (A) I2(A) W1(watts) W2(watts) W2 = V2 x I2

ε% ε = W2/W1

α

V20 Voltaje para cuando no se tiene carga conectada (sin carga o en vacío)

V2n Voltaje para cuando se tiene una carga n cualquiera conectada

V1 Tensión del primario para que en el secundario haya 100 V en vacío, debeajustarse al valor prefijado cada vez que se cambia la carga.

W1 Potencia a la entrada del circuito, en el primario, medida con el vatímetro.

W2 Potencia a la salida (en la carga) obtenida por el producto de la corriente yla tensión.

ε% Rendimiento o eficiencia del transformador.

∆ν% Regulación de tensión del transformador

n

n

V

V V v

2

220% −

=∆

(∆ν%)nom=

α prom.= ______

fig.# 6 Regulación de tensión y rendimiento del transformador (bajo carga)

X1

X2

I2

B.T.VAC TRANSFOR

MADOR

H1

H2

I1n

A

VV1

W

W1n

A.T. V2V



1 3



4.2 Rendimiento del transformador.El rendimiento del transformador como el de cualquier otra máquina es la relaciónexistente entre la potencia entregada a la carga y la potencia absorbida de la fuente dealimentación siendo este, elevado, para transformadores de gran tamaño o potencia yregular para los de muy baja potencia.Sobre el circuito de la figura # 6, proceda a tomar las lecturas necesarias paracompletar la tabla # 10.

INFORME

j) Calcule la relación de transformación aproximada y compare con la obtenidaanteriormente.

k) La regulación nominal será para cuando circule la corriente nominal,indíquela.

l) Mediante el uso del circuito equivalente del transformador calcule laregulación nominal del transformador de manera aproximada.

m) Compare el rendimiento nominal obtenido por este método, con el calculadoanteriormente usando las pérdidas del transformador.

n) Dibuje un diagrama o flujograma de potencias para condiciones nominales deltransformador ensayado.

5. Polaridad de un transformador.

Los devanados de alto voltaje de un transformador son los que poseen muchas vueltas

de alambre más delgado, para designar sus terminales se identifican con la letra “H”.Los de bajo voltaje se identifican con la letra “X”. Estas bobinas contienen menosvueltas de alambre más grueso o de mayor sección.La polaridad instantánea, también se identifica con un subíndice de número. La polaridad instantánea positiva de cada devanado se identifica con un subíndice impar,también corresponde al punto que representa la fem positiva que se induce en cadadevanado. Así, en el caso de que las bobinas se deban conectar en paralelo o en serie para obtener varias relaciones de voltaje, se puede hacer la conexión en formacorrecta teniendo en cuenta la polaridad instantánea.

Previo a la prueba de polaridad se deben haber identificado los extremos de la bobina

y se debe disponer de un voltímetro CA y un suministro adecuado de CA. (Realiceesta prueba con un voltaje V1 igual a 50 Volt.Monte el circuito que se muestra en la fig. # 7 y tome las medidas que se indican enla tabla # 11.



1 4



tabla # 11 Determinación de la polaridad de los devanados de un transformador V1 = 50 V (fijo)

Puntos de prueba V1(V) V2(V) VP(V) Tipo de polaridad

H1-X1

H2-X2

H1-X2

H2-X1

INFORME

o) Consulte: diferencias y semejanzas entre un transformador y un auto-transformador.

T r a n s f o r m a d o r

H2

H1 X1

X2

V1 V2

VP

fig. # 7 Determinación de la polaridad de un transformador

Si VP > V1 se tiene polaridad aditiva y los terminales son de diferente polaridad.

Si VP < V1 se tiene polaridad sustractiva y los terminales son de igual polaridad



1 5



Mediciones realizadas a circuitos magnéticos y transformadores. Hoja N° 2Integrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 6 Ensayo en vacío de un transformador

Vo(V) 20 40 60 80 100 120 100 80 60 40 20

Io(A)

Wo(W)

cosϕo

tabla # 7 Valores nominales determinados del ensayo en vacío

Vo (volt) Io(A) PFe (Watts) R m (Ω) Xm (Ω) cosϕo

tabla. # 8 Ensayo en cortocircuito de un transformador

Vcc(V)

Icc(A) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

|Wcc(W)

cosϕcc

tabla # 9 Valores nominales obtenidos del ensayo en cortocircuitoI (Amp) PCu (Watts) R T = R 1 + α

2R 2 XT = X1 + α2X2 cosϕcc

tabla # 10 Regulación y rendimiento de un transformadorV1 = ________ V (fijo) V20 = 100 V

V2n (V)

I1 (A)

I2(A)

W1(watts)

W2(watts)

tabla # 11 Determinación de la polaridad de los devanados de un transformador V1 = 50 V(fijo)

Puntos de prueba

V1(V) V2(V) VP(V) Tipo de polaridad

H1-X1

H2-X2

H1-X2 H2-X1



UNIDAD II

ENSAYOS ENMOTORES DE INDUCCION




1 7

UNIDAD II MOTORES DE INDUCCION


3 MOTORES DE INDUCCIÓN. PRIMERA PARTEMEDIDAS PRELIMINARES, ENSAYO EN VACÍO

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer aspectos constructivos de los motores de inducción polifásicos: estator,rotor, devanados, carcaza, anillos rozantes, rotor jaula de ardilla, rotor devanado,eje, cojinetes, etc.

2) Conocer y establecer diferencias entre conexiones triángulo y estrella en unsistema trifásico equilibrado, corrientes y voltajes de línea, de fase, entre anillosrozantes, etc.

3) Instrumentos de medición: amperímetros, voltímetros, multímetros, vatímetros,megóhmetro o megger, puente de Wheatstone, ohmetro u ohmiómetro.

4) Resistencia en corriente continua, resistencia en corriente alterna, resistenciamedida en frío, resistencia medida en caliente, resistencia efectiva. Efecto piel o pelicular.

5) Conocer el circuito equivalente de un motor de inducción. 6) Conocer el funcionamiento en vacío de un motor de inducción. 7) Establecer las condiciones necesarias para la realización de un ensayo en vacío

o rotor libre de un motor asíncrono.8) Tener referencia del flujograma de potencias o balance energético de un motor de

inducción, potencia de entrada, potencia de salida, pérdidas del hierro, pérdidasrotatorias o mecánicas, etc.

9) Medición de potencia activa trifásica usando el método de los dos vatímetros.10) Como cambiar el sentido de giro en un motor de inducción.

II. OBJETIVOS

1) Establecer contacto preliminar con una máquina de inducción para observar susaspectos constructivos, estableciendo diferencias entre rotor devanado y rotor jaula de ardilla.

2) Conocer las características de placa de las máquinas en estudio. 3) Verificar el aislamiento que debe presentar la máquina. 4) Determinar la resistencia efectiva de los devanados del estátor y del rotor para un

motor de inducción. 5) Realizar ensayo en vacío o rotor libre para un motor de inducción.6) Realizar un ensayo en vacío, girando a velocidad sincrónica por medio de un

motor auxiliar. 7) Determinar las pérdidas nominales del hierro y de roce mecánico que presentan

los motores. 8) Determinar la característica de magnetización de un motor de inducción.



1 8



9) Determinar la reactancia de magnetización y resistencia equivalente del núcleodel motor de inducción.

III. DESARROLLO

1. Conociendo la máquina de inducción (aspectos constructivos)

Con las máquina que tiene a disposición, reconozca las principales partesconstructivas de la mismas, tome todos los datos que se muestran en su placa, analicela bornera o caja de terminales, sus parámetros nominales, los tipos de conexión, lanomenclatura utilizada, etc. Establezca semejanzas y diferencias entre un motor deinducción de rotor devanado y otro de jaula de ardilla. Observe la máquina

desarmada, despiece mostrados en los textos y la que se dispone en el laboratorio. En INFORME posterior deberáa) Complementar esta información con gráficos y figuras de las máquinas

analizadas. b) Indicar las características de placa de las máquinas estudiadas.

2. Verificación del aislamiento

Mediante el uso de un megger o megóhmetro verifique el aislamiento que debe presentar el motor de inducción entre las partes señaladas en la tabla # 12.

tabla # 12 Verificación del aislamiento Puntos de Prueba

devanados estatory carcaza

devanados delestator y rotor

devanados delrotor y carcaza

devanadosUX y VY

DevanadosVY y WZ

anillos rozantesy eje

Medida MΩ

Anote cualquier observación de interés, analice los resultados y haga comentarios.

3. Determinación de la resistencia efectiva de los devanados del M. I.

Mediante el uso de un puente de Wheatstone o en su defecto un multímetro digitalrealice mediciones en los devanados que le permitan completar la tabla # 13..

tabla # 13 Determinación de la resistencia de los devanados de un motor de inducción Ptos de

Medida

Fase 1

U-X

fase 2

V-Y

Fase 3

W-Z

Estrella

U-V

estrella

U-W

Estrella

V-W

triángulo

U-V

Triángulo

U-W

Triángulo

V-WR medida Ω Rotor devanado

Con los datos obtenidos de la tabla # 13, obtenga los valores de fase de lasresistencias, caso de triángulo y estrella, ver figura # 8 para finalmente obtener unvalor promedio de la resistencia de un devanado obtenida en frío con el objeto de posterior comparación con la que se obtenga en caliente. NOTA: considere la resistencia que presentan los cables o puntas de prueba delaparato.



1 9



3.1 Medición indirecta de la resistencia de los devanados del estator.Mediante el uso de una fuente de corriente continua variable, (fig. # 9) unamperímetro y un voltímetro DC proceda a inyectar tensión (con muy poca tensióncircula la I nominal) a un devanado del estátor, del motor de inducción de rotor bobinado hasta que circule el valor nominal de la corriente por el devanado, llene latabla # 14.

INFORME c) Con los valores obtenidos de la tabla # 14, grafique I vs V y obtenga (a partir de

la pendiente de la recta) el valor de la resistencia del devanado ensayado.d) Analice y compare los resultados obtenidos por ambos métodos (frío y caliente).e) Obtenga el valor de la resistencia efectiva de un devanado del estátor

considerando el factor aproximado que introduce la corriente alterna con respectoa la corriente continua.

tabla # 14 Medición indirecta de laresistencia (voltímetro–amperímetro) V (V)

Idc (A )

R=V/I (Ω) R

I

VD

fig. # 9 Método voltímetro – amperímetro

V

A

R M R R

R R M = 2/3 R

R= 3/2 R M

R

R MY

R

R

R MY = 2 R

R= 1/2 R MY

fig. # 8 Medición de la resistencia de los devanados del estator, fases, triangulo y estrella

U

V

W

Z

X

Y

Z

X

Y

U

V

W



2 0



f) Explique el concepto de resistencia efectiva de un devanado. ¿Por qué es diferenteel valor de la resistencia de un conductor al paso de la corriente continua conrespecto a la resistencia que presenta en corriente alterna?. Averigüe el efecto que produce la temperatura y la frecuencia de la corriente (efecto pelicular).

g) ¿Qué instrumento resultaría más adecuado para la medición en frío de laresistencia de los devanados de la máquina.?. ¿Por qué?.

h) Dibuje y explique brevemente las partes constructivas de M.I. de doble jaula deardilla.

4. Realización práctica del ensayo en vacío (a rotor libre) de un M.I. Monte el circuito que se muestra en la figura # 10, alimente el motor desde una fuentetrifásica variable, manteniendo el rotor libre (sin ninguna carga mecánica conectada)y realice las mediciones necesarias para completar la tabla # 15. Inicie en un valorrelativamente bajo de tensión, asegurándose que se haya alcanzado la velocidad derégimen, proceda a aumentar la tensión en periodos regulares hasta que se consiga latensión nominal. La conexión para este caso debe ser en estrella, verificar que lavelocidad se mantenga aproximadamente constante. Una vez arrancado el motor los

anillos deslizantes deben estar cortocircuitados mediante el uso de la barra puenteadora , dispositivo de cortocircuito o arrancador (rotor devanado).Chequear la correcta instalación de los aparatos de medida.

Los resultados de la prueba para un valor de tensión nominal muestran las pérdidasrotacionales o pérdidas fijas (PFe + Proce) y con las medidas obtenidas podemoscalcular los parámetros del circuito equivalente en vacío (R p ; Xm) posteriormente ygraficando Wo vs Vo

2 podemos obtener las pérdidas de roce y las del hierro porseparado.

tabla # 15 Ensayo en vacío o rotor libre de un M.I

Vo(V) 40 80 120 160 200 220Io(A)

W1(w)

W2(w)

Wo(w)

η(r.p.m.)

Cos

R AC = 1,3 R DC (para una máquina asincrónica) R AC = 1,5 R DC (para una máquina sincrónica)



2 1



INFORME

i) Calcule el factor de potencia, para todos los valores de tensión medidos, recuerde0 ≤ fp ≤ 1

j) Pérdidas totales en vacío Wo = W1 ± W2 = PFe + Proce k) Grafique Wo vs Vo

2 (resulta la ecuación de una recta) y obtenga las pérdidas porrozamiento o mecánicas.

l) Para cuando se tiene tensión nominal determine: R p, Xm, deslizamiento “s”.m) Descontando las pérdidas de roce obtenidas por el método gráfico, vuelva a

calcular R p y Xm. Compare y analice.n) Grafique V vs I, V vs cosφ. Analice y comente los resultados obtenidos.o) Haga un cuadro donde destaque los valores obtenidos para cuando se tiene

tensión nominal de PFe, R p, Xm, Proce, η, V, Io .

tabla # 16 Valores nominales obtenidos del ensayo en vacíoV

(volt)Io (A)

Wo (Watts)

PFe (Watts)

Proce (Watts)

R m (Ω)

η (rpm)

Xm (Ω)

cosϕ o

fig. # 10 Ensayo en vacío de un motor de inducción.

CAV : Corriente alterna variableWo = W1 ±W2

VO

C.A.V

W2

W1

Barra puenteadora odispositivo de corto

M.I

escobillas

Var

IR

Reóstato trifásico

Tacómetro (rpm)

Anillos rozantes

Rotor libre

M.I

IO



2 2



5. Ensayo a velocidad de sincronismo.Determinación de las pérdidas de rozamiento en un motor de inducción.

Para realizar este ensayo se precisa un motor auxiliar que arrastre el motor deinducción a la velocidad sincrónica, por lo que se usa un motor sincrónico con elmismo número de polos del motor de inducción. Ambas máquinas estarán conectadasa la frecuencia de la red (60 Hz) por lo que el motor de inducción, obligado a girar avelocidad sincrónica presentará un deslizamiento nulo y así la corriente por el rotortambién lo será, lo que significa, que irá a consumir por roce y resistencia del aireesta siendo suministrado por el motor sincrónico, sin embargo los vatímetrosregistran potencia absorbida por el M.I, esta potencia será la producida por corrientes parásitas y de Focault en el núcleo de hierro. Luego Wo = W1 ± W2 = PFe

pudiéndose separar las pérdidas en el núcleo de las de roce. La pérdida en el cobre delestator es aún más pequeña para este ensayo que para el ensayo en vacío ya que elvalor absoluto de la corriente absorbida disminuye al encontrarse el M.I. girando avelocidad sincrónica. Para la realización de este ensayo se debe montar el circuito dela figura # 3, prestando especial atención en el arranque del motor sincrónico.

|

b

Este montaje también permite determinar la curva de magnetización o respuestamagnética del motor de inducción. A velocidad sincrónica, se ajusta la tensión del MIempezando en 40V, con pasos de 40 V se va aumentando hasta conseguir el voltajenominal o un valor ligeramente superior tomando nota de la corriente y potenciaabsorbida, a tensión nominal los vatímetros, indican las pérdidas nominales delnúcleo. La gráfica de V vs Io representa la respuesta magnética o característica demagnetización de la máquina.. Proceda a realizar las medidas necesarias que le permitan completar la tabla de valores # 17.

fig. # 11 Determinación de las pérdidas de rozamiento.

1800 rpm

C.A.V

W2

W1

escobillas

Anillos rozantes

Reóstatotrifásico

IO

Ims C.A.F

C.C.V

M.S s

M.IVO

M.I

CAV: corriente alterna variableCAF: corriente alterna fi a

CCV: corriente continua variableCCF: corriente continua fija



2 3



tabla # 17 Ensayo en vacío de un M.I a velocidad sincrónica Vo(V) 40 80 120 160 200 220

Io(A)

W1(w)

W2(w)

Wo(w)

cos

EN INFORME p) Usando los valores medidos de Wo para el ensayo de rotor libre a tensión nominal

y el ensayo a velocidad sincrónica obtenga las pérdidas de roce o fricción delmotor de inducción, determine nuevamente el valor de R p y compárelo (diferencia porcentual) con el obtenido usando el método gráfico. Complete la tabla devalores # 18.

tabla # 18 Valores nominales obtenidos del ensayo a rotor libre y a velocidad sincrónica

Ensayo V(volt)

Io (A)

Wo (Watts)

PFe (Watts)

Proce (Watts)

R m (Ω)

Xm (Ω)

cosϕ o

A rotor libre 220

A vel-sincrónica 220

Diferencia porcentual 100*

1

21

V

V V −

NOTA: Para el arranque del motor sincrónico se debe verificar primero el sentido degiro de ambos motores, (debe ser el mismo), luego se aplica la tensión alterna plena,al motor sincrónico, como este, posee jaula auxiliar o devanado amortiguador,alcanzará una velocidad cercana a la de sincronismo, momento adecuado paraconectar la tensión DC al devanado de excitación (inductor), 80 VDC aproximadamente esto le permitirá entrar en sincronismo lo cual se detecta alobservar la disminución en el consumo de corriente del motor sincrónico después del

sincronismo.



2 4



Mediciones realizadas a motores de inducción. Primera parteIntegrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 12 Verificación del aislamiento

Puntos de Pruebadevanados estator

y carcazadevanados delestator y rotor

devanados delrotor y carcaza

devanadosUX y VY

DevanadosVY y WZ

anillos rozantesy eje

Medida MΩ

tabla # 13 Determinación de la resistencia de los devanados de un motor de inducción Ptos deMedida

Fase 1U-X

fase 2V-Y

Fase 3W-Z

EstrellaU-V

estrellaU-W

EstrellaV-W

triánguloU-V

TriánguloU-W

TriánguloV-W

R medida Ω

tabla # 14 Medición indirecta de la resistencia (voltímetro–amperímetro) V (V)Idc (A ) 7 6 5 4 3 2

R=V/I (Ω)

tabla # 15 Ensayo en vacío o rotor libre de un M.I

Vo(V) 40 80 120 160 200 220

Io(A)

Wo(w)

η(r.p.m.) Cos

tabla # 16 Valores nominales obtenidos del ensayo en vacíoV

(volt)Io (A)

Wo (Watts)

PFe (Watts)

Proce (Watts)

R m (Ω)

η (rpm)

Xm (Ω)

cosϕ o

b

tabla # 17 Ensayo en vacío de un M.I a velocidad sincrónica

Vo(V) 40 80 120 160 200 220

Io(A)

Wo(w)

cos

tabla # 18 Valores nominales obtenidos del ensayo a rotor libre y a velocidad sincrónica

Ensayo V(volt)

Io (A)

Wo (Watts)

PFe (Watts)

Proce (Watts)

R m (Ω)

Xm (Ω)

cosϕ o

A rotor libre 220

A vel-sincrónica 220



2 5



4 MOTORES DE INDUCCIÓN. SEGUNDA PARTEENSAYO EN CORTOCIRCUITO Y BAJO CARGA

I. PRE-REQUISITOS:

1) Establecer las condiciones necesarias para la realización de un ensayo encortocircuito y bajo carga de un motor asíncrono.

2) Tener referencia del flujograma de potencias o balance energético de un motor deinducción, potencia de entrada, potencia de salida, pérdidas del cobre, pérdidasvariables, etc.

3) Conocer los conceptos de par, deslizamiento, rendimiento, factor de potenciarelativos a un motor de inducción.

4) Conocer gráficas o curvas del par en función de la velocidad, par en función deldeslizamiento.

5) Conocer el concepto de velocidad de sincronismo y saber por qué un motor deinducción se ve obligado a girar a una velocidad menor que la sincrónica.

6) Entender el concepto de campo magnético giratorio (CMG) y explicar el principiode funcionamiento de un motor de inducción.

II. OBJETIVOS

1) Realizar un ensayo en corto circuito para el motor de inducción.2) Determinar mediante ensayo cortocircuito (rotor bloqueado) los parámetros del

circuito equivalente de los motores de inducción ensayados. 3) Usando la característica de cortocircuito determinar la posible corriente en el

arranque si se aplica plena tensión. 4) Determinar las pérdidas nominales del cobre que presentan los motores. 5) Determinar las características de funcionamiento de un motor asincrónico con

carga.6) Para distintos valores de carga del motor determinar, potencia de entrada,

potencia de salida, pérdidas del cobre, deslizamiento, par desarrollado,rendimiento o eficiencia.

III. DESARROLLO

6. Ensayo a rotor bloqueado o en cortocircuito

Monte el circuito de la figura # 12, bloquee el rotor de modo que impida su giro ycortocircuite los anillos rozantes, en caso del motor de rotor devanado. Realice unaconexión en estrella y aplique tensión reducida hasta aproximadamente un 20% de latensión nominal o hasta que circule la corriente nominal en cortocircuito. Lostransformadores de corriente permiten un cambio de escala de los vatímetros,verifique su correcta conexión.



2 6



Realice las mediciones que le permitan llenar la tabla # 19. Calcule en cada caso elfactor de potencia y recuerde 0≤ fp≤1.

INFORME a) Para los valores nominales de corriente, determine los restantes parámetros del

circuito equivalente del motor. (R E + m

2

R R ; m

2

R R ; XE + m

2

XR ). Dibuje el circuitoequivalente e indique los valores. b) Determine las pérdidas nominales del cobre del motor (las medidas a corriente

nominal). c) Obtenga por cálculo, para corriente nominal las pérdidas del cobre del estátor, y

luego determine las del rotor usando las totales obtenidas por el ensayo. d) Complete con valores medidos y calculados, la tabla # 19.e) Grafique la tensión en función de la corriente de cortocircuito y determine cuál

sería la corriente que circularía si se aplicará plena tensión en cortocircuito(condición de arranque).

tabla # 19 ensayo a rotor bloqueado o en cortocircuito de un motor de inducción.

Vcc(V) Icc(A) 7 6 5 4 3 2 1

W1(w) W2(w) Wcc(w) Coscc

fig. # 12 Ensayo a rotor bloqueado de un motor de inducción

C.A.V.

escobillas

Var

IE

VE

IR Anillos rozantescortocircuitados

Rotor bloqueado

Transf. de

corriente

vatímetro

M.I

W2

W1

M.I



2 7



Dínamotaquímetrica

0.06 v/rpm

fig. # 13 Motor de inducción con freno simulando carga mecánica

C.A.F.

VE

anillosrozantes

reóstatotrifásico

Vdc

ejesacoplados

motor deinducción

Ir

Transf. decorriente

vatímetro

W1

IE

W2

freno

MI

tabla # 20 Valores obtenidos a corriente nominal, del ensayo a rotor bloqueado de un M.I.motor Vcc (volt)

Icc (A)

Wcc (Watts)

PCue(Watts)

PCur(Watts)

R eq (Ω)

Xeq (Ω)

cosϕcc

Rotor bobinado

NOTA: No olvide que cada experiencia debe llevar su respectiva gráfica, el análisisde los resultados o comentarios, y las tablas de cálculos realizados siempre y cuandoel caso lo amerite.

INFORME

f) Como se puede limitar la corriente en el arranque en un motor tipo Jaula de

ardilla.g) Investigue el efecto pelicular de la corriente eléctrica en un conductor (efecto

piel).

7. Ensayo bajo carga de un motor de inducciónMonte el circuito de la figura # 13, con el motor de inducción conectado en Y o

estrella. Realice las medidas pertinentes que le permitan llenar la tabla # 21.Mantenga constante el voltaje a la entrada y varíe muy levemente el voltaje DC de lamáquina de frenado. El reóstato adicional al rotor del motor de inducción, una vez arrancado el motor debecolocarse en corto circuito.



2 8



INFORMEh) A partir de los valores medidos en la tabla # 21 y con el uso de la

correspondiente formula, calcule los valores solicitados en la tabla # 22.i) Además incluya una muestra de cálculo por tipo. j) Con los valores obtenidos de las tablas # 21 y # 22 grafique en función de la

potencia mecánica útil: la velocidad, el par, el deslizamiento, la corriente deentrada, el rendimiento y el factor de potencia.

k) Grafique la característica par - velocidad, par vs deslizamiento.

tabla # 22 Cálculos para el motor de inducción bajo carga

Posición del freno 1 2 3 4 5 6

Pent. Pcu

e

Pcur

Pfijas

PSal

ε%

s

cos φ

T(Nw-m)

l) Haga comentarios y saque conclusiones sobre los valores obtenidos para lascurvas graficadas.

m) Consulte en los textos las formas generalizadas de las curvas y compare con lasobtenidas en los ensayos por usted realizados.

n) Investigue el uso de la máquina de inducción como generador. ¿Qué ocurre con lavelocidad de giro? ¿Cómo es la frecuencia de la tensión generada? ¿Cómo es eldeslizamiento?

o) ¿Cómo se podría obtener de una máquina asincrónica tensiones de frecuenciasuperiores a la de la red? Explique.

p) Explique por lo menos un método para regular la velocidad en un motor deinducción.

tabla # 21 Ensayo bajo carga de un Motor de inducción.Posición del Freno 1 2 3 4 5 6

IE(A)

IR (A)

W (watts)

T (Nw-m)

η(r.p.m.)



2 9



Formulas útiles.

ϕ cos3 oo VI W = m po I I I += cosO p I I = sen I I om =

Fe P

oV

p R

2

= 2

02

00

20

)( W I V

V X m

−= roce Feo P P W +=

po F R

V P e

2= bmx y P R

V W roce

p

oo +=⇒+=

2

VI

W

3cos =φ

roce Fe Fijas P P P += 100*%1

21

V

V V V

−=∆

cc

cccc

I

V Z = 21cos3 W W VI P ent +== ϕ perd ent mu sal P P P P Σ−==

φ sen Z X m X X ccr eeq =+= 2. φ cos2

. ccr eeq Z Rm R R =+=

.23 eqccCu R I P = r r

r

Cu R I P 23= ee

e

Cu R I P 23=

r r r

Cu Rmm

I P 2

2

3

=

roceCu Fe Mu

Mu

ent

sal

P P P P

P

P

P

+++==ε

r

Cu

e

CuCu P P P P +==var roce Fe Fijas P P P += var P P P Fijas perd +=Σ

2

21 )(

η

η η −= s

2

549,9η

mu P T =

e

CuCu

r

Cu P P P −= VI

P ent

3cos =ϕ



3 0



Mediciones realizadas a motores de inducción. Segunda parteIntegrantes: ___________________ _____________________ _________________________

Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 20 Valores obtenidos a corriente nominal, del ensayo a rotor bloqueado de un M.I.motor Vcc

(volt)Icc (A)

Wcc (Watts)

PCue(Watts)

PCur(Watts)

R eq (Ω)

Xeq (Ω)

cosϕcc

tabla # 21 Ensayo bajo carga de un Motor de inducción.

Posición del Freno 1 2 3 4 5 6

IE(A) 7 6 5 4 3 2

IR (A)

W (watts)

η(r.p.m.)

tabla # 19 ensayo a rotor bloqueado o en cortocircuito de un motor de inducción.

Vcc(V) Icc(A) 7 6 5 4 3 2 1

Wcc(w)

Cos

cc



3 1



5 MOTORES DE INDUCCIÓN. TERCERA PARTEARRANQUE Y FUNCIONAMIENTO ANORMAL.

I. PRE-REQUISITOS

1) Conocer las condiciones que presenta un motor de inducción en el momento delarranque para cuando se pone en marcha:

• agregando resistencias al rotor devanado• a plena tensión• a tensión reducida agregando resistencias en serie por el estator•

a tensión reducida con auto transformador• arranque estrella - triángulo

2) ¿Cómo se ve afectada: la corriente, la potencia de entrada, el factor de potencia,la velocidad, el par, para cada uno de los casos del objetivo 1?

3) Conocer las características que presenta el motor trifásico de inducción encondiciones anormales de funcionamiento:

• ¿cuándo se desconecta una de sus fases después de estar funcionandocorrectamente?

• ¿cuándo se quiere arrancar con una fase caída o desconectada?• ¿cuándo se reduce la tensión de alimentación?

II. OBJETIVOS

1) Estudiar algunos métodos de arranque de los motores de inducción.2) Observar el comportamiento de un motor de inducción cuando se ve sometido a

condiciones anormales de funcionamiento.

III. DESARROLLO

8. Arranque del motor de inducción Arrancar el motor a plena tensión o directamente conectado de la red puede resultarinconveniente, dependiendo de la situación que se tenga, ya que el motor puede llegar

a consumir alrededor de 5 o más veces la corriente nominal en el arranque ydependiendo de su tamaño, puede llegar a ocasionar males mayores en la red a la cualse encuentra conectado o en la fuente de alimentación, así como en otros motores yequipos que se hallen en funcionamiento. Por estas y otras razones los motores debenarrancarse con mecanismos, controles o dispositivos que permitan limitar su corrienteen el arranque.



3 2



8.1 Arranque usando resistencia adicional al rotor Con el motor funcionando en vacío, mida la corriente de arranque para diferentesvalores de resistencia adicional en el rotor. Así mismo tome nota de la velocidad y lacorriente, una vez se haya estabilizado.El arranque se realiza a plena tensión (suponga plena tensión = 160 V como medidade protección de los instrumentos), considere el uso adecuado de las escalas delamperímetro. Conecte el motor en estrella por el estator, y por el rotor el reóstatotrifásico o arrancador.Conecte el circuito de la figura # 14. Proceda a realizar las medidas para llenar latabla # 23

.tabla # 23 Arranque usando resistencia adicional al rotor

POSICION DELREOSTATO

5 4 3 2 1

IARR (Amp)Iestab. (Amp)

η2(r.p.m.)

INFORMEa) Una forma de lograr variación de velocidad en máquinas de inducción de rotor bobinado es mediante el uso de resistencias adicionales en el rotor, sin embargoesto se hace, con poca frecuencia y para periodos cortos de funcionamiento. ¿Porqué?

b) Grafique η2 vs R a, analice y haga comentarios.c) Comente sobre el control de la velocidad en los motores de inducción.

8.2 Arranque a tensión reducida usando resistencias en serie a los devanados delestator.

fig. # 14 Arranque de un M.I.R.B agregando resistencias al rotor.

160V3φ

Reóstato 3F(arrancador)

Iarr Tacómetror.p.m

M.I.R.B

51



3 3



Conecte a cada fase del estator una resistencia de acuerdo como se indica en la figura# 15. (Use los reóstatos trifásicos disponibles). Proceda a arrancar el motor y tomarnota de la corriente de arranque, una vez estabilizado mida nuevamente la corriente yla velocidad. Llene la tabla # 24. Mantenga los anillos rozantes cortocircuitados.

El arranque a tensión reducida mediante el uso de resistencias adicionales al estator esun medio muy económico de arranque, sin embargo la disminución de la corriente dearranque trae consigo una disminución del par de arranque que varía con el cuadradode la tensión además conlleva a bajar notablemente el rendimiento en el momento delarranque.

INFORMEd) Consulte el arranque mediante el uso de reactancias en serie con los devanados

del estator.e) Ventajas y desventajas que presenta este método de arranque a tensión reducida

8.3 Arranque a tensión reducida mediante auto-transformador• Proceda a montar el circuito de la figura # 16. Arranque el motor mediante el uso

del variac o fuente trifásica variable (auto-transformador) para varios valores detensión de alimentación, tome nota de la corriente de arranque y de estabilizaciónen cada caso, así como de la velocidad.

• El valor de la tensión de arranque debe fijarse mientras el motor se encuentra enfuncionamiento, luego se desenergiza manteniendo el variac en la posiciónmedida, para posteriormente arrancarlo.

tabla # 24 Arranque agregando resistencia al estator

R (Ω) Iarr (A) Iestb (A) η2(r.p.m.)R1

R2

R3

R4

fig. # 15 Arranque de un M.I. agregando resistencias en serie al estator

160 VA.C

R

R

R



3 4



• El motor debe conectarse en estrella. Proceda a llenar la tabla # 25

EN INFORME:f) Grafique V vs Iarr ; V vs Iest; V vs η2. Analice, haga comentarios y observacionesg) ¿Que desventajas trae consigo el arranque a tensión reducida mediante el uso de

auto-transformador?

8.4 Arranque estrella – triángulo. • Monte el circuito de la figura # 16 conecte el motor en triángulo (fig. # 17a), los

anillos cortocircuitados, para una tensión de 100 V, mida la corriente dearranque, use la escala mas alta del amperímetro (mayor que 5 In).

• Apague el motor y cambie la conexión de triángulo a estrella (fig # 17b), repitael proceso anterior. Llene la tabla # 26. Conecte en estrella y triángulo como seindica en la figura # 17.

tabla # 25 Arranque a tensión reducida mediante auto-transformadorVoltaje (V) 75 100 125 150 175Iarr (A)Iestab.

η2 (r.p.m.)

fig. # 16 Arranque de un M.I. mediante el uso de un auto-transformador

motorasíncrono

0 V

variac

220 V

VIarr

U

V

W

Z

X

Y

U

V

W

ZX

Y

fig # 17a Conexión triángulo fig # 17b Conexión estrella



3 5



En INFORMEh) Establezca comparaciones entre los distintos tipos de arranque y comente.i) ¿Qué ventajas y desventajas trae consigo el arranque a tensión reducida mediante

la conexión estrella – triángulo? j) Averigüe cuál de estos tipos de arranque es el más usado.

9. Condiciones anormales de funcionamiento

9.1 Encienda el motor de inducción en condiciones normales (fije 160V con el motoren marcha), conexión en estrella, tome nota de la corriente en la línea, así como lavelocidad y la tensión. Esté atento al ruido producido por el motor.

9.2 Proceda a desconectar una de sus fases. Observe los posibles cambios. Llene latabla # 27.

tabla # 27 Condiciones anormales de funcionamientoIL(A) VL(V) η2(r.p.m.) observación

Con 3 fases 150

Con 2 fases

9.3 Apague el motor e intente arrancarlo con solo dos fases conectadas, (V = 150 V)observe por un tiempo muy breve (5 seg. aprox.). Tenga mucho cuidado con lacorriente absorbida (toma valores peligrosos).

9.4 Con sus tres fases conectadas y en pleno funcionamiento con carga mecánicaconectada (máquina de frenado) partiendo de un valor cercano al valor nominal (3/4

de plena carga) proceda a reducir la tensión de alimentación y mida la corriente encada caso. A medida que disminuye la tensión aumenta la corriente. Proceda a llenarla tabla #28.

Tabla # 28 Reducción de la tensión de alimentaciónV (v) 200 180 160 140 120

I (A)

η (rpm)

tabla # 26 Arranque mediante conexión triángulo - estrella

∆ Υ V= 100 V

IARR (A)

Iestab.(A)

r.p.m



3 6



INFORME

k) Levante las gráficas que sea necesario con el objeto de realizar un mejor análisisde los resultados. Ejemplo: V vs I; V vs ; I vs .

l) ¿Por qué un motor en funcionamiento normal, bajo carga la corriente aumenta, aldisminuir la tensión de alimentación?

m) ¿Por qué al desconectar una de sus fases el motor no arranca?, mientras queestando en funcionamiento normal, si desconectamos una de sus fases el motorsigue funcionando.

n) Explique en que consiste el arranque de un motor de inducción mediante elmétodo de tensión reducida estrella–triángulo. Dibuje un esquema. Indique que

características debe presentar el motor para poder llevar a efecto este arranque.o) Investigue las condiciones que debe presentar un motor de doble jaula de ardillaen el momento del arranque y que sucede cuando entra en marcha normal.

Formulas útiles.

Fe P

oV

p R

2

= 2

02

00

20

)( W I V

V X m

−= roce Fe P P Wo +=

roce po P RV W +=

1

3

2

0 m po I I I +=

ϕ cosO p I I =

ϕ cos3VI W o =

sen I I om =

φ sen Z X m X X ccr eeq =+= 2. φ cos2

. ccr eeq Z Rm R R =+=

VI

W

3cos =φ

cc

cccc

I

V Z = ee

e

Cu R I P 23= .23 eqccCu R I P =

r r

r

Cu R I P 23= r

r r

Cu Rmm

I P 2

2

3

=

roceCu Fe Mu

Mu

ent

sal

P P P P

P

P

P

+++==ε

roce Fe Fijas P P P += r

Cu

e

CuCu P P P P +==var



3 7



Mediciones realizadas a motores de inducción. Tercera parteIntegrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 23 Arranque usando resistencia adicional al rotor POSICION DELREOSTATO

5 4 3 2 1

IARR (Amp)Iestab. (Amp)

η2(r.p.m.)

tabla # 24 Arranque agregando resistencia al estator R (Ω) Iarr (A) Iestb (A) η2(r.p.m.)

R1R2R3R4

tabla # 25 Arranque a tensión reducida mediante auto-transformadorVoltaje (V) 75 100 125 150 175Iarr (A)Iestab.

η2 (r.p.m.)

tabla # 26 Arranque mediante conexión triángulo - estrella

∆ Υ V= 100 VIARR (A)Iestab.(A)

r.p.m

tabla # 27 Condiciones anormales de funcionamientoIL(A) VL(V) η2(r.p.m.) observación

Con 3 fases 150

Con 2 fases

Tabla # 28 Reducción de la tensión de alimentaciónV (v) 200 180 160 140 120

I (A)

η (rpm)



UNIDAD III

ENSAYOS EN

MAQUINAS SINCRONICAS




3 9

UNIDAD III MAQUINAS SINCRONICAS


6 MÁQUINAS SINCRÓNICASMEDIDAS PRELIMINARES. ALTERNADOR

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer aspectos constructivos de las máquinas sincrónicas polifásicas: estátor,rotor, devanados, carcaza, anillos rozantes, inducido, inductor, eje, cojinetes, etc.

2) Conocer y establecer diferencias entre máquinas sincrónicas y asincrónicas. Lavelocidad de sincronismo. El número de polos.

3) La máquina sincrónica funcionando como generador, funcionando como motor.La excitación de corriente continua, la tensión y corriente generada. 4) Ensayo en vacío y cortocircuito de un generador sincrónico. 5) Circuito equivalente de un generador sincrónico, la impedancia sincrónica,

diagramas fasoriales. 6) ¿Cómo se determina la regulación en un generador sincrónico usando el método

de la impedancia sincrónica?

II. OBJETIVOS

1) Establecer contacto preliminar con una máquina sincrónica para observar sus

aspectos constructivos. Estableciendo diferencias con las máquinas de inducción. 2) Conocer las características de placa de las máquinas en estudio. 3) Verificar el aislamiento que debe presentar la máquina. 4) Determinar la resistencia efectiva de los devanados del estátor y del rotor. 5) Conocer el principio de funcionamiento del generador sincrónico o alternador. 6) Realizar ensayos en vació y cortocircuito para un generador sincrónico. 7) Determinar la regulación del generador sincrónico mediante el método de la

impedancia sincrónica. 8) Realizar ensayo bajo carga para un alternador sincrónico. 9) Conseguir gráficas y curvas del comportamiento del generador ante cargas de

diferente factor de potencia.

10) Conectar en paralelo el alternador ensayado con la red (alternador de la empresadistribuidora de energía eléctrica).

III. DESARROLLO 1. Conociendo la máquina sincrónica

Con la máquina que tiene a disposición, reconozca las principales partes constructivasde la misma, tome todos los datos que se muestran en su placa, analice la bornera ocaja de terminales, sus parámetros nominales, los tipos de conexión, la nomenclaturautilizada, etc. Establezca semejanzas y diferencias con la máquina asincrónica.



4 0



En INFORME posterior deberá:a) Complementar esta información con gráficos y figuras de las máquinas

analizadas.


Mediante el uso de un megger o megómetro verifique el aislamiento que debe presentar la máquina sincrónica entre las partes señaladas en la tabla # 29.

tabla # 29 Determinación del aislamiento de la máquina sincrónica. Puntos de

Pruebainducido y

CarcazaInducido einductor

Anillos yCarcaza

devanados1 y 2

Devanados1 y 3

devanados2 y 3

Medida enMΩ

Anote cualquier observación de interés, analice los resultados y haga comentarios.

3. Determinación de la resistencia Efectiva de los devanados.

Mediante el uso de un puente de Wheatstone o en su defecto un multímetro digitalrealice mediciones en los devanados que le permitan completar la tabla # 30.Observe la figura # 18. Las formas de conseguir las conexiones triángulo y estrella semuestran en la fig. # 17.

tabla # 30 a Medidas de resistencia en frío Ptos de

Medida

Fase

UX

Fase

VY

Fase

WZ

Estrella

U-V

estrella

V-W

estrella

U-W

triángulo

U-V

triángulo

V-W

triángulo

U-WMultímetro

Puente W.

R estrella R triángulo RpromedioR fase R fase

Promedio total:

Con los datos obtenidos de la tabla # 30a, obtenga los valores de fase de lasresistencias (caso de triángulo y estrella) para finalmente obtener un valor promediode la resistencia de un devanado obtenida en frío con el objeto de posteriorcomparación con la que se obtenga en caliente.

fig # 18 Terminales de la máquinasincrónica ensayada U V W

Z YX



4 1



Mida además la resistencia entre dos terminales del devanado del rotor, (devanado deexcitación) para varias posiciones del eje (girarlo). La resistencia de contacto con lasescobillas es variable y pueden aparecer valores distintos para cada posición del rotor.La verdadera resistencia del devanado es la que se mide directamente entre los anillosde la máquina. Llene la tabla # 31.

NOTA: considere la resistencia que presentan los cables o puntas de prueba del aparato.

4. Medición indirecta de la resistencia de los devanados del estator.

Mediante el uso de una fuente de corriente continua variable, un amperímetro y unvoltímetro DC proceda a inyectar tensión a un devanado del estator de la máquinasincrónica hasta que circule el valor nominal de la corriente por el devanado, como seindica en la figura # 19. Ajuste la tensión hasta que circule la corriente nominal por eldevanado ensayado, a partir de este valor y en orden descendente complete lasmediciones que le permite llenar la tabla # 32. (Medición en caliente) Nota: con valores muy pequeños de tensión DC circula la corriente nominal(excederse puede averiar el devanado). Fije valores de corriente hasta el valornominal, anote la tensión en cada caso y calcule la resistencia usando la ley de Ohm.

En INFORME: b) Con los valores obtenidos de la tabla # 32 grafique V vs I y obtenga el valor de

la resistencia del devanado ensayado. Recuerde, es la resistencia de una fase.c) Analice y compare los resultados obtenidos por ambos métodos (frío y caliente).

tabla # 31 Medición de la resistencia del rotor

POSICION DEL ROTOR 1 2 Directa entre anillos

R MEDIDA (Ω)

tabla # 32 Medición de resistencias método voltímetro amperímetro en la máquina síncrona Vdc (v)

Idc ( A ) 6 5 4 3 2 1

RDC (Ω) Rprom=

fig. # 19 Medición de resistencia por el método indirecto (en caliente).

IDC

Vdc R A E



4 2



d) Obtenga el valor de la resistencia efectiva de un devanado del estatorconsiderando el factor aproximado que introduce la corriente alterna conrespecto a la corriente continua.

5. Ensayo en vacío de un generador sincrónico Para la realización de un ensayo en vacío de un alternador se debe acoplar a su eje,un motor de corriente continua resulta conveniente para proporcionar el movimiento(energía mecánica), además el generador debe excitarse con corriente continua a suinductor (rotor), los terminales deben permanecer abiertos o sea sin ningún tipo decarga eléctrica conectada, tal como se indica en la figura # 19. Para la obtención de datos que nos permitan trazar las características de excitación olas características en vacío, se hace girar la máquina a su velocidad nominal medianteun motor auxiliar. Manteniendo abierto el circuito exterior de la máquina síncrona bajo la prueba, se varía gradualmente su corriente de excitación, hasta alcanzar en bornes una tensión superior a la nominal en un 20%. Se construye la curva tomandolos distintos valores de la corriente de excitación en el eje “x”, los correspondientesvalores de tensión en bornes en el eje “y”En vista de la perfecta proporcionalidad existente entre velocidad de rotación y lafrecuencia de la tensión generada, puede resultar más cómodo y exacto medir lafrecuencia en lugar del número de revoluciones por lo que se puede utilizar losfrecuencimetros disponibles.

máquinasincrónica

Reóstato deexcitación

Dev.shunt

1800 rpm.108 volt

Dev.armadura

MotorDC

C.C.V

Iexc(mA)

Reóstato dearranque

selector

EO

V

fig. # 20 Ensayo en vacío de un generador sincrónico.

Hz

R AC = 1,5 R DC



4 3



Una vez montado y verificado el circuito de la fig. # 20, proceda a alimentar el motorDC, cerciorándose que el giro sea a derechas. No olvide arrancar el motor DC desdeel reóstato de arranque o a tensión reducida y con el reóstato de excitación en mínimovalor de R. Ajuste la velocidad, moviendo el reóstato de excitación, hasta alcanzar1800 rpm. Proceda a energizar el campo de excitación o inductor de la máquinasincrónica y verifique que haya tensión inducida, recuerde que para que esta se produzca debe existir movimiento y campo.

Proceda a llenar la tabla # 33, teniendo cuidado de no devolver el “variac”, cuandoesté ajustando la corriente de campo o excitación. Tome lecturas de subida y luego de

bajada del valor de Iex.Se debe variar la corriente de excitación considerando como valor máximo de latabla, el valor nominal indicado en la placa de la máquina, o en su defecto la tensiónnominal del generador. De ser necesario realice ajustes en el reóstato de excitación dela máquina DC que permitan mantener constante la velocidad.

Eo(v) 40 80 120 160 200 220 200 160 120 80 40Iexc(mA)

En INFORME: e) Grafique Eo vs Iexc para velocidad constante e igual a la nominal, compare la

gráfica obtenida con la mostrada en los textos, analice y comente.

6. Ensayo de variación de velocidad (frecuencia) en un generador sincrónico.

Sobre el circuito de la figura # 19 en los terminales del generador conecte elfrecuencimetro suministrado (igual que un voltímetro), actúe sobre el reóstato delcampo shunt del motor dc para variar la velocidad. Mantenga la Iexc. constante en elgenerador.Proceda a llenar la tabla # 34. Realice los cálculos solicitados.

tabla # 34 Ensayo de variación de velocidad (frecuencia) de un alternador sincrónico con Iexc = cteEo(v)

η(r.p.m.)f(Hz) 48 52 56 58 60 62 64f(Hz) calc.

En INFORME:

f) Grafique Eo vs η, f para Iexc constante, las dos curvas sobre la misma gráfica,también grafique velocidad vs frecuencia analice y comente.

g) Con los valores medidos de velocidad en r.p.m., calcule la frecuencia, sabiendoque la máquina es de 4 polos, comente posibles diferencias.



4 4



7. Ensayo en cortocircuito de un generador sincrónico

Sobre el circuito de la figura # 20 cortocircuite los terminales de salida del generadorconectando un amperímetro entre los dos primeros y un cable o corto entre elsegundo y el tercero, como se indica en la figura # 21, de ser posible convienecortocircuitar usando tres amperímetros iguales. La conexión en el estator debe ser enestrella.La curva de cortocircuito nos da la forma de variación de la corriente de inducido,estando éste cerrado, al variar la corriente de excitación.Para valores de la corriente de excitación poco alejados del nominal, esta

característica presenta una variación rectilínea, o sea, hasta tanto no se aprecia losefectos de la saturación.Esta característica es importante, pues permite conocer elementos de gran interés parala regulación de la máquina.

.

Proceda a realizar las mediciones necesarias que le permitan llenar la tabla # 35, lavelocidad debe mantenerse constante durante la realización del ensayo. Se procede avariar Iexc variando el reóstato o la fuente DC del devanado de campo de la máquinasincrónica, se toma nota de la corriente de cortocircuito Icc hasta que se obtenga lacorriente nominal indicada en la placa del generador. Para mayor seguridad, como

primera medida ajuste la excitación hasta que se obtenga la corriente nominal encortocircuito y luego proceda a tomar el resto de lecturas en orden descendente.

Tabla # 35 Ensayo en corto circuito de un alternador sincrónico.

Icc (A) 7 6 5 4 3 2 1

Iexc mA)

alternador

fig. # 21 Ensayo en corto circuito de un alternador sincrónico.

Icc

Icc

Maq-motriz

1800 rpm

Vexc

Iexc



4 5



En INFORME:

h) Grafique Icc vs Iexc, compare con las gráficas dadas en los textos y haga análisisy comentarios.

i) Mediante las mediciones realizadas en los ensayos anteriores y usando unagráfica donde se dibujen ambas curvas determine por el método de laimpedancia sincrónica (Behn–Eschemburg) la regulación del alternador, para unfactor de potencia de 0,8 inductivo y 0,8 capacitivo, también calcule laregulación para cuando se conecta una carga resistiva pura (cos ϕ = 1).Compare los resultados obtenidos, analice y comente. Explique el procedimientousado en el cálculo.

j) Dibuje los diagramas fasoriales correspondientes para cada caso, tomando latensión V como referencia.

FORMULAS UTILES

cte I CC

OS

EXC

I

E Z

=

=

22a s s R Z X −=

22

)()cos( saaao X I Vsen R I V E ±++= ϕ ϕ

100%

−=∆

V

V E V o



4 6



Mediciones realizadas a máquinas sincrónicas. Primera parteIntegrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 29 Determinación del aislamiento de la máquina sincrónica. Puntos de Prueba inducido y

CarcazaInducido einductor

Anillos yCarcaza

devanados1 y 2

Devanados1 y 3

devanados2 y 3

MΩ

tabla # 30 a Medidas de resistencia en frío Ptos de

Medida

Fase

UX

Fase

VY

Fase

WZ

Estrella

U-V

estrella

V-W

estrella

U-W

triángulo

U-V

triángulo

V-W

triángulo

U-WMultímetro

Puente W.

tabla # 31 Medición de la resistencia del rotor

POSICION DEL ROTOR 1 2 Directa entre anillos

R MEDIDA (Ω)

tabla # 32 Medición de resistencias método voltímetro amperímetro en la máquina síncrona Vdc (v)

Idc ( A ) 6 5 4 3 2 1

RDC (Ω) Rprom=

tabla # 33. Ensayo en vacío de un alternador sincrónico,η =1800 rpm = constante

Eo(v) 40 80 120 160 200 220 200 160 120 80 40Iexc(mA)

tabla # 34 Ensayo de variación de velocidad (frecuencia) de un alternador sincrónico con Iexc = cteEo(v)

η(r.p.m.)

f(Hz) 48 52 56 58 60 62 64

Tabla # 35 Ensayo en corto circuito de un alternador sincrónico.

Icc (A) 7 6 5 4 3 2 1

Iexc mA)



4 7



7. MÁQUINAS SINCRÓNICAS. ALTERNADOR ENSAYO BAJO CARGA Y CONEXIÓN EN PARALELO.

8. Ensayo bajo carga para un alternador trifásico.

Monte el circuito de la figura # 22, cuando conecte los vatímetros, cerciórese sirequiere el uso de transformadores de corriente. De no conectar el reóstato dearranque de la máquina motriz (motor DC) este debe encenderse aplicando levementetensión desde una fuente DC variable para regular de esta forma la corrienteabsorbida en el arranque, una vez normalizado su funcionamiento se debe ajustar sutensión y velocidad a valores nominales indicados en la placa del mismo. Se debedisponer de módulos de carga variable trifásicas (una resistiva, otra inductiva y otracapacitiva) al variarlos deberá mantenerse la carga balanceada con el objeto de quela misma sea equilibrada.Por cada medición, calcule el factor de potencia y verifique que se cumpla lacondición ( 0 < fp <1 ). Nota: Algunas cargas no registran potencia activa absorbida o no se aprecia en losvatímetros por ser muy pequeño su valor ( recuerde son XC y XL).Con los módulos suministrados proceda a conectar las combinaciones de carga yllene la tabla # 36.

en INFORME

k) Grafique Va vs Ia destacando sobre una horizontal el voltaje en vacío, y las trescurvas sobre los mismos ejes.

l) Destaque la variación existente para cada tipo de carga. Establezca semejanzasy diferencias. Realice comentarios.

V

1800 rpm.108 volt

Va

máquina sincrónica


Dev.shunt

Dev.armadura

MotorDC

C.C.V

Iexc(mA)

Reóstato dearranque

selector

fig. # 22 Ensayo bajo carga de un alternador sincrónico.

Ia

W

W

m ó d ul o t r i f á s i c o d e c a r g a s

R ,XL ,X

C



4 8



tabla # 36 Ensayo bajo carga de un alternador sincrónico. Fije el voltaje en vacío a 180 VTipo de carga Parámetro 1 2 3 4 5

Va (volt)

Ia (amp)

W (watts)Resistivo

Cos φ Va (volt)

Ia (amp)

W (watts)Inductivo

Cos φ Va (volt)

Ia (amp)

W (watts)Capacitivo

Cos φ

9. Acoplamiento en paralelo de un alternador trifásico a la red

9.1 GeneralidadesEn numerosas instalaciones se precisa conectar en paralelo varios generadores con elfin de atender una carga variable según las horas o circunstancias. La granversatilidad de los generadores síncronos resuelve estas necesidades al poderseinterconectar uno, dos o más en paralelo. En nuestro caso, el de la compañíasuministradora y el que se dispone en el laboratorio. El acoplamiento de losalternadores resulta complejo, debido a la presencia de una nueva característica, la

frecuencia, cuyo valor debe ser rigurosamente igual para todos los alternadores. Verfig. # 22.

9.2 Condiciones para el acoplamiento de alternadores en paraleloAntes de efectuar el acoplamiento en paralelo de un alternador con otro ya enservicio, es preciso estar seguros de que se cumplen las siguientes condiciones:• Igual secuencia de fases.

• Igualdad de las frecuencias • Igualdad de los valores eficaces de las tensiones.

• Igual ángulo fase.

La secuencia de fases significa que si el generador G1 es trifásico y tiene unasecuencia RST (ABC) el generador G2 también será trifásico, deberá estar instalado para que las fases que se conecten a barras vayan en la misma secuencia de fases RST

La igualdad de frecuencia significa, evidentemente, que ambos generadores, si tienenel mismo número de polos, deben girar a la misma velocidad, esto se comprueba con



4 9



un tacómetro conectado al eje de cada generador, o también con un frecuencimetroconectado a los bornes de cada generador.

La tensión existente en barras, y que es la del generador N° 1, es la que debe proporcionar el generador N° 2, que se mide con su voltímetro correspondiente. Elajuste de tensión se hace variando la intensidad de excitación del devanadocorrespondiente al generador N° 2.La igualdad del ángulo de fases significa que las tensiones de ambas pasan por ceroen el mismo instante, esto no se presenta en la práctica con tanta precisión, laslámparas entre los interruptores están sometidas a la diferencia de tensión instantáneaentre los bornes de la línea y del generador 2. Si ambas estuvieran en fase las

lámparas permanecería apagadas constantemente, una vez cumplidos todos losrequisitos, el momento en que se apagan las lámparas es el momento apropiado deconexión del generador 2 al generador 1 (la red) o sea el momento de cerrar elinterruptor trifásico.En la practica, el desfase entre las tensiones de los generadores se mide con unaparato denominado el sincronoscopio el cual tiene una aguja que señala el desfaseentre dichas tensiones y cuando la indicación sea cero es el momento de hacer laconexión.Un sencillo método permite comprobar la sucesión de fases. Para ello se recurre a un pequeño motor asíncrono trifásico, que se conecta provisionalmente a las barras de la

fig. # 23 Circuito usado para conectar en paralelo un generador con la red de lacompañía suministradora de energía

ALIMENTACIONAL CAMPO DC

lámpara

ALTERNADOR

R

S

T

U

V

W

REDELECTRICA

MAQUINA MOTRIZ

Interruptor trifásico

voltímetro



5 0



red. Luego se van acoplando sucesivamente, pero uno a uno, los distintosalternadores, pudiendo estar seguros que la sucesión de fases es idéntica para todosellos cuando el motor gira en el mismo sentido. Una vez terminado el ensayo, se puede retirar el motor de prueba. Esta prueba se puede obviar si se dispone de unmedidor de secuencia de fases.Una vez dispuesto los equipos necesarios y disponibles en el laboratorio, proceda arealizar el acoplamiento del generador sincrónico con la red de distribución eléctrica pública.

9.3 Maniobras de acoplamiento El acoplamiento de un alternador a la red exige la máxima atención por parte del o los

operarios encargados. Se pone en marcha el motor de corriente continua que acciona el alternador y

seguidamente se maniobra sobre el regulador de velocidad hasta conseguir que éstasea lo más aproximada posible a la velocidad síncrona correspondiente a la frecuenciade la red. Para comprobarlo se observa el frecuencímetro conectado a los bornes delgenerador. Se maniobra el reóstato que regula la intensidad de la corriente de excitación

que recorre las bobinas inductoras hasta conseguir que la fuerza electromotrizgenerada en el bobinado inducido del alternador (medida por su voltímetro V)sea algo superior que la tensión de la red.

Efectuadas la maniobras anteriores, es preciso afinar la igualdad de frecuencias ytensiones, al mismo tiempo hay que observar el sincronoscopio, usar una caseta desincronización o el método de las tres lámparas. Según lo que se disponga en ellaboratorio.

en INFORME m) Investigue las razones por las cuales se produce caída de tensión en un

alternador.n) Explique el fenómeno de reacción de inducido en un alternador.o) Averigüe la diferencia entre una máquina de polos cilíndricos y otra de polos

salientes.

p) Averigüe lo relacionado a construcción y funcionamiento de una máquinasíncrona sin escobillas.



5 1



Mediciones realizadas a máquinas sincrónicas. Segunda parteIntegrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 36 Ensayo bajo carga de un alternador sincrónico. Fije el voltaje en vacío a 180 VTipo de carga Parámetro 1 2 3 4 5

Va (volt)

Ia (amp)

W (watts)Resistivo

Cos φ Va (volt)

Ia (amp)

W (watts)Inductivo

Cos φ

Va (volt)

Ia (amp)

W (watts)Capacitivo

Cos φ

VA

VO

IA



5 2



8. MÁQUINAS SINCRÓNICAS. MOTOR

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer el principio de funcionamiento de un motor sincrónico.2) Conocer y establecer diferencias entre motor sincrónico y motor de inducción.3) Arranque de un motor sincrónico. Métodos.4) Comportamiento ante la red de un motor sincrónico sub-excitado, sobre-excitado,

curvas en V.

II. OBJETIVOS

1) Arrancar el motor sincrónico: Como motor de inducción mediante jaula auxiliar 2) Arrancar el motor sincrónico. Mediante un motor auxiliar. 3) Determinación de las curvas en V de un motor sincrónico

III. DESARROLLO

Generalidades:

Los motores sincrónicos requieren doble excitación (AC-DC), a frecuencia constante,

no puede cambiarse su velocidad (ventaja en algunos casos), tampoco poseen par dearranque propio, a no ser que estén provistos de una jaula de ardilla auxiliar, por loque arrancarían como asíncronos, y cuando están próximos a su velocidad desincronismo se les excita (DC) convenientemente para que alcancen dicha velocidadde sincronismo.Por otra parte son de mayor coste, comparados con los motores asíncronos de jaula deardilla. Otro inconveniente es la posibilidad de “pénduleo”, producido por algunaacción de la carga externa, ocasionando a veces, el desacoplamiento del motor de lared.Pese a todos estos inconvenientes, presentan una ventaja fundamental: su posibilidadde absorber corriente de la red con un desfase inductivo o capacitivo, según sea el

valor de su intensidad de excitación. Esto se determina mediante la obtención de lascurvas en V.

10. Arranque del motor sincrónico:De acuerdo con el motor que tiene a disposición proceda a arrancarlo, tomando comoreferencia la corriente absorbida y la velocidad antes de sincronizar el motor, luegode sincronizado se vuelve a medir corriente y velocidad comparando con los valores previos, comente y explique el porqué de los resultados.



5 3



Procedimiento de arranque:

9.1 Motor sincrónico con jaula auxiliar o devanado amortiguador incorporado:• Alimente el inducido del motor con corriente alterna hasta su tensión nominal• Después de entrar en funcionamiento como motor de inducción por medio de

la jaula auxiliar tome medidas de corriente y velocidad.• Aplique al inductor, la excitación de corriente continua y cerciórese que la

máquina entre en sincronismo, debe disminuir la corriente absorbida yaumentar ligeramente la velocidad.Proceda a llenar la tabla # 37.

tabla # 37 Arranque de un motor de inducción mediante jaula auxiliar.Corriente por la línea Velocidad (r.p.m)

Antes del sincronismoDespués del sincronismo

9.2 Arranque mediante el uso de un motor asíncrono acoplado por el eje.• Verificar el sentido de giro del motor de inducción (marcar de algún modo la

secuencia de fases).• Mediante el uso de un reóstato se cortocircuita el devanado del inductor del

motor sincrónico y se aplica tensión reducida por el inducido para verificar

que posea el mismo sentido de giro del motor asincrónico.• Arranque a plena tensión el motor de inducción (no olvide el uso del

arrancador).• Alimente con corriente alterna hasta una tensión próxima a la nominal el

motor sincrónico (CAV).• Proceda a medir la corriente absorbida y la velocidad del conjunto.• Aplique corriente continua al devanado del inducido mediante la utilización

de un suiche.• Verifique que la máquina halla entrado en sincronismo (disminuye la

corriente absorbida y aumenta ligeramente la velocidad).

11. Determinación de las curvas en V de un motor sincrónico.Con el motor sincrónico funcionando a plena tensión, aplique carga mecánicamediante el uso del freno y proceda a variar la corriente de excitación (realícese un barrido donde se aprecie el codo inferior de la curva y sus alrededores), tome nota dela variación de la corriente de carga, y de la potencia absorbida. Proceda a llenar latabla # 38a, 38b y 38c. De no disponer de una máquina de frenado esta será sustituida por un generador DC autoexcitado al cual se carga con diferentes cargas resistivas.



5 4



tabla # 38 a Motor trabajando en vacío, Va= Vn η = 1800 rpm

Iexc

Ia

Wa

Cos φ

tabla # 38b Motor trabajando a ½ carga Va = Vn η = 1800 rpm Iexc

Ia

Wa

Cos φ

tabla # 38c Motor trabajando a ¾ de carga Va= Vn η = 1800 rpm Iexc

Ia

Wa

Cos φ

En INFORME

q) Investigue otros métodos de arranque del motor sincrónico.r) ¿Qué es un condensador sincrónico?s) ¿Qué otros métodos distintos al uso del motor sincrónico sobreexcitado pueden

servir para ajustar el factor de potencia de la red?

CA

máquinasincrónica

1.800 rpm.

C.C.V.(1)

Iexc(mA)

Va

Ia

W

W

Máquina defrenado

C.C.V.(2)

fig.# 24 Determinación de las curvas en V para un motor sincrónico.



5 5



Mediciones realizadas a máquinas sincrónicas. Tercera parte

Integrantes: ___________________ _____________________ _________________________Grupo o sección: _______ Mesa de Trabajo N°______ Fecha de realización: _____________

tabla # 37 Arranque de un motor de inducción mediante jaula auxiliar.Corriente por la línea Velocidad (r.p.m)

Antes del sincronismoDespués del sincronismo

tabla # 38 a Motor trabajando en vacío, Va= Vn η = 1800 rpm

Iexc

Ia

Wa

Cos φ

tabla # 38b Motor trabajando a ½ carga Va = Vn η = 1800 rpm Iexc

Ia

Wa

Cos φ

tabla # 38c Motor trabajando a ¾ de carga Va= Vn η = 1800 rpm Iexc

Ia

Wa

Cos φ

Ia

(A)

Iexc(mA)



UNIDAD IV

MAQUINAS DE

CORRIENTE CONTINUA




5 7

UNIDAD IV MAQUINAS CORRIENTE CONTINUA


9 MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer aspectos constructivos de las máquinas de corriente continua: inducido,inductor, carcaza, colector o conmutador, piezas polares, devanado shunt,devanado serie, devanado de armadura, devanado de compensación.

2) Conocer y establecer diferencias entre máquinas sincrónicas, y máquinas dc.3) La máquina dc funcionando como generador o dinamo, funcionando como motor.4) Los distintos tipos de conexión de un motor dc excitación independiente, shunt,

serie compuesto acumulativo, compuesto diferencial, derivación corta, derivaciónlarga.5) El motor dc de imán permanente.6) Conocer el flujograma de potencias o balance energético de un motor dc.

II OBJETIVOS

1) Establecer contacto preliminar con una máquina dc para observar sus aspectosconstructivos estableciendo diferencias con las otras máquinas antes estudiadas.

2) Conocer las características de placa de las máquinas en estudio.3) Verificar el aislamiento que debe presentar la máquina.

4) Determinar la resistencia de los distintos devanados de la máquina.5) Conocer el principio de funcionamiento de la máquina dc como generador y comomotor.

6) Realizar ensayo en vacío o curva de magnetización para un generador shunt autoexcitado.

7) Determinar la curva de regulación de velocidad para un motor shunt (η vs Iexc) para un voltaje de alimentación constante.

8) Conocer las distintas formas de conexión de un motor dc: serie, shunt, compuestoacumulativo, compuesto diferencial.

9) Para un motor compuesto acumulativo, realizar un ensayo bajo carga con voltajey corriente de excitación constantes. Obtener Ia vs η.

III. DESARROLLO

1. Conociendo La Máquina DC

Con la máquina que tiene a disposición, reconozca las principales partes constructivasde la misma, tome todos los datos que se muestran en su placa, analice la bornera ocaja de terminales, sus parámetros nominales, los tipos de conexión, la nomenclaturautilizada, etc. Establezca semejanzas y diferencias con las demás máquina dellaboratorio.



5 8



En el INFORME posteriora) Complementar esta información con gráficos y figuras de las máquinas

analizadas.


Mediante el uso de un megger o megómetro verifique el aislamiento que debe presentar la máquina DC entre las partes señaladas en la tabla # 39

tabla # 39 Verificación del aislamiento en una máquina DC

Puntos dePrueba

Dev. Seriey Carcaza

dev. Shunty Carcaza

Dev. Seriey Shunt

Dev. Seriey Armadura

dev. Shunty Armadura

otro

Medida enMΩ

Anote cualquier observación de interés, en INFORME analice los resultados y haga comentarios.

3.- Determinación de la resistencia Efectiva de los devanados.

Mediante el uso de un puente de Wheatstone o en su defecto un multímetro digitalrealice mediciones en los devanados que le permitan completar la tabla # 40

tabla # 40 Medición de la resistencia de los devanados de una máquina dc.

Ptos de Medida Devanado serie Devanado ShuntDevanado de

armaduraDev., de

Compensación

R medida. Ω NOTA: Considere la resistencia que presentan los cables o puntas de prueba del aparato.

en INFORME comente los resultados obtenidos.

4. Ensayo en vacío de un generador DC auto excitado

Para la realización de un ensayo en vacío de un generador dc se debe acoplar a su ejeun motor sincrónico alimentado a plena tensión, que será el encargado de proporcionar el movimiento (energía mecánica), el inductor de la máquina dc, recibela primera excitación proveniente del magnetismo remanente acumulado en los polos, por lo que se debe estar atento a que la máquina dc gire en sentido horario (giro que

generalmente permite la magnetización) los terminales deben permanecer abiertos ysin ningún tipo de carga eléctrica conectada, tal como se indica en la figura # 25.

Una vez montado y verificado el circuito de la fig. # 25, proceda a arrancar el motorsincrónico de acuerdo a lo indicado en la ensayo correspondiente. NOTA Recuerde que para que haya tensión generada o inducida debe existirmovimiento y campo.Se debe tener especial cuidado en el arranque del motor sincrónico, verificando suentrada en sincronismo. No energice el circuito, hasta que haya sido revisado por su profesor.



5 9



Proceda a llenar la tabla # 41 teniendo cuidado de no devolver el variac, cuando estéajustando la corriente de campo o excitación. Tome lecturas de subida y de bajada. Elmotor sincrónico debe estar conectado a tensión nominal y con la corriente deexcitación que le permita obtener velocidad nominal en vacío.

tabla # 4l Ensayo en vacío de un generador DC auto excitado η = 1800 r.p.m.

Eo(V) 40 80 120 160 200 220 200 160 120 80 40

Iexc (mA)

EN INFORME: b) Dibuje la característica de magnetización de la máquina ensayada y explique su

comportamiento.c) Investigue sobre el magnetismo residual de la máquina dc.d) Busque la curva (en los textos) generalizada de magnetización de una máquina

dc y complemente la información del apartado (b). Compare ambas curvas.

5. Regulación de velocidad en motores dc.

Desde un punto de vista práctico los motores de corriente continua presentan una granventaja sobre los motores de corriente alterna, debido a su posibilidad de regulaciónde velocidad de acuerdo con la siguiente ecuación:

que indica la posibilidad de regular la velocidad de un motor de corriente continua a base de controlar las siguientes variables.

MOTORSINCRONICO

IEXC= cte

VAC

C.C.V.

GENERADOR

DC

Dev.armadura

IEXC

Devanadoshunt


VG

fig # 25 Ensayo en vacío o curva de magnetización de una dinamo dc.

φ η

E

ii

K

I RV −=



6 0



a. El flujo por polo φ producido por la corriente de excitación. Al disminuir elflujo aumenta la velocidad de rotación, de ahí el peligro de poner en marcha

el motor sin conectar la excitación ya que dará lugar a un embalamiento

del motor, limitado únicamente por el magnetismo remanente de los polos. b. La tensión de alimentación V, aplicada al motor. Al disminuir/aumentar la

misma se reduce/aumenta la velocidad tal como se indica en la anteriorecuación.

c. La resistencia del circuito del inducido, lo que se consigue conectando en seriecon este devanado una resistencia o reóstato variable. Al aumentar/disminuirla resistencia del inducido, la velocidad disminuye/aumenta según se muestraen la ecuación.

5.1 Determinación de la curva de regulación de velocidad para un motor dc shunt.El motor shunt dc es por excelencia el motor de mayor facilidad en regular lavelocidad, monte el circuito mostrado en la fig. # 21 y proceda a cambiar la corrientede excitación por el devanado shunt mediante el uso de un reóstato, lo que implicacambiar el flujo magnético de los polos. Con el objeto de mantener el par constantedebe ajustar el freno hasta que el motor alcance 3/4 de la plena carga (0,75 In). Fije lavelocidad en vacío a la velocidad nominal (1800 rpm.) Una vez arrancado el motor dcfije la tensión nominal o un valor próximo a ésta, mantenga este valor para todo elensayo.Nota: Debe arrancar el motor a tensión reducida o mediante el uso de un arrancador,teniendo sumo cuidado de que el reóstato de excitación para el momento del arranque presente mínima resistencia lo que garantiza un suficiente valor de Iexc o flujo φ, evitando un embalamiento del motor.Proceda a llenar la tabla de datos # 42

tabla # 42 Regulación de velocidad en un motor shunt con par constante ( Ia = constante) Ia(A)= Vdc(V)=η(rpm)

Iexc(mA)

EN INFORME:e) Grafique la velocidad en función de la corriente de excitación para el motorensayado, analice y comente los resultados obtenidos.

f) Consulte ¿por qué los otros métodos de regulación de velocidad especificadosno son tan ampliamente utilizados?

g) Investigue algún método de regulación de velocidad utilizando dispositivoselectrónicos.



6 1



5.2 Realización de un ensayo bajo carga de un motor compuesto acumulativoLa finalidad del presente ensayo consiste en determinar para distintos valores decarga mecánica como cambia la velocidad del motor si este se conecta comocompuesto acumulativo con derivación larga, manteniendo constante la tensión de

entrada o alimentación. Monte el circuito de la fig. # 27.La conexión acumulativa o diferencial, requiere probarse, puesto que los devanados poseen una determinada polaridad (igual que los transformadores). Como seespecificó anteriormente la velocidad del motor viene dada por la variación del flujode excitación y en este caso se aportan flujos por parte de los devanados shunt y seriesimultáneamente.Si los flujos se suman la conexión es acumulativa y tendremos un mayor flujo por polo, por lo que la velocidad resultante será menor que si el flujo se resta, en cuyocaso la conexión resulta diferencial y la velocidad será mayor.Una prueba sencilla consiste en arrancar el motor para una conexión cualquiera atensión reducida (50 V aprox), se procede a medir la velocidad, posteriormente se

desconecta la tensión, se invierte la conexión de uno de los dos devanados y seenciende nuevamente a la misma tensión de prueba, para obtener un nuevo valor develocidad. Aquella conexión donde resulte la menor velocidad es una máquinacompuesta acumulativa. Llene la tabla # 43..

tabla # 43 Prueba para la conexión acumulativa o diferencial de un motor dc

Velocidad en r.p.m. Tipo de conexión

Primera conexión

Segunda conexión

fig.# 26 Regulación de velocidad en un motor shunt dc con par constante

Máquina deFrenado

Ventilador

C.C.V.

MOTOR

DC

Dev.armadura

IEXC

Devanadoshunt


Vdc

η

IaIL



6 2



Manteniendo constante la tensión de alimentación, así como la excitación por eldevanado shunt del motor (fije un valor de Iexc que permita alcanzar la velocidad

nominal en vacío) proceda a variar el par aplicado, actuando sobre la excitación de lamáquina de frenado, realice un barrido fijando la corriente de carga y midiendo lascorrespondientes rpm. Proceda a llenar la tabla # 44.

tabla # 44 Variación de la velocidad en función de la carga (par)

V = Ish =IL(A)Ia(A)

η(rpm)T(Nw-m)

En INFORMEh) Grafique la velocidad (eje y) en función de la corriente de armadura (eje x).

Consulte las curvas dadas en los textos, compare y comente.i) Investigue los inconvenientes que puede acarrear el uso de un motor shunt.

Explíquese. j) Diga cual es la principal característica de un motor serie dc y la limitación que

presenta.k) Averigüe la función que desempeña el colector o conmutador de una máquina

dc.

fig. # 27 Ensayo bajo carga en un motor compuesto acumulativo, par variable

Máquina deFrenado

Ventilador

C.C.V.

MOTOR

DC

Dev.armadura

η

Ia

IEXC

Devanadoshunt


VDC

IL

Dev.Serie



6 3



Mediciones realizadas a máquinas de corriente continua

Integrantes: ___________________ _____________________ _________________________


tabla # 39 Verificación del aislamiento en una máquina DC

Puntos dePrueba

Dev. Seriey Carcaza

dev. Shunty Carcaza

Dev. Seriey Shunt

Dev. Seriey Armadura

dev. Shunty Armadura

otro

Medida enMΩ

tabla # 40 Medición de la resistencia de los devanados de una máquina dc.

Ptos de Medida Devanado serie Devanado ShuntDevanado de

armaduraDev., de

Compensación

R medida. Ω

tabla # 4l Ensayo en vacío de un generador DC auto excitado η = 1800 r.p.m.

Eo(V) 40 80 120 160 200 220 200 160 120 80 40

Iexc (mA)

tabla # 42 Regulación de velocidad en un motor shunt con par constante ( Ia = constante) Ia(A)= Vdc(V)=η(rpm)

Iexc(mA)

tabla # 43 Prueba para la conexión acumulativa o diferencial de un motor dc

Velocidad en r.p.m. Tipo de conexión

Primera conexión

Segunda conexión

tabla # 44 Variación de la velocidad en función de la carga (par)V = Ish =

IL(A)Ia(A)

η(rpm)T(Nw-m)



UNIDAD V

MOTORES

MONOFASICOS


Devanadodel estator

Motor universal

colector

fuente de tensiónmonofásica o dc.

rotor devanado

devanado decompensación

escobilla

Dev. auxiliar

Interruptor centrífugo

Rotor jaulade ardilla

Dev. principal

Fuente de tensiónmonofásica

Capacitor electrolítico

Motor Monofásico de fase partida con arranque por capacitor



6 5

UNIDAD V MOTORES MONOFASICOS


10 MOTORES MONOFÁSICOS

I. PRE-REQUISITOS:

1) Conocer aspectos básicos de los motores de inducción monofásicos.2) Conocer el principio de funcionamiento de algunos motores monofásicos

II. OBJETIVOS

1) Conocer aspectos constructivos de los distintos tipos de motores monofásicosexistentes en el laboratorio.2) Clasificar los motores monofásicos de acuerdo con el principio de funcionamiento

o método de arranque.3) Realizar medidas básicas en los motores disponibles, tales como corriente de

arranque, corriente de marcha, resistencia de los devanados, velocidad, etc.4) Identificar para cada motor monofásico el mecanismo de arranque utilizado.5) Clasificar a los motores monofásicos del laboratorio, según si se pueda o no,

cambiar el sentido de giro.6) Analizar la posibilidad de control de velocidad en los motores estudiados.

III. DESARROLLO

1. Generalidades

Hay muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales, a las que lacompañía eléctrica sólo suministra un servicio de c.a. monofásico. Además en todolugar, casi siempre, hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministromonofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinasde coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, entre otros.En general el término motor pequeño quiere decir un motor de menos de 1 hp. Esdecir motor de caballaje fraccionario o de potencia fraccionaría.Debido a la gran cantidad de motores monofásicos que se fabrican se hace necesario

clasificarlos de acuerdo con el principio de funcionamiento:

A. Motores Monofásicos de Inducción (Rotor jaula de ardilla) a) Motores de fase partida

• Motor de arranque por resistencia.• Motor de arranque por capacitor.• Motor de fase partida y capacitor permanente de un valor.• Motor de capacitor de dos valores.



6 6



b) Motor de inducción de arranque por reluctancia.c) Motor de inducción de arranque por repulsión (tiene conmutador y rotor

bobinado)d) Motor de inducción de polos sombreados.

B. Motores monofásicos síncronos.a) Motor de reluctancia. b) Motor de histéresis.c) Motor sub-síncrono

C. Motores monofásicos con conmutadora) Motor serie de c.a. b) Motor universal

2. El motor de inducción monofásico de fase partida por resistencia y con

capacitor de arranque.

Con el motor disponible, según se indica en la fig. # 23 identifique: devanado principal, devanado auxiliar, mida los correspondientes valores de resistencia, precise la sección del alambre con que se construyen dichos devanados. Observe elcapacitor, anote sus características.El interruptor centrífugo es un mecanismo que abre unos contactos por acción de lafuerza centrífuga que desarrolla el rotor cuando se encuentra girando por arriba del80% de la velocidad nominal. Observe su funcionamiento tanto para el momento dela apertura como en el momento del cierre.

Sobre el circuito de la figura # 28:

devanado.auxiliar

interruptor centrífugo

rotor jaulade ardilla

devanado principal

fuente de tensión

monofásica

capacitor electrolítico

fig. # 28 Motor monofásico de fase partida con arranque por resistencia y arranque por capacitor



6 7



Alimente solo el devanado principal con una tensión de aproximadamente 60 V.Como el motor no arranca se requiere darle un impulso inicial en cualquier sentido.Repita el procedimiento para el sentido contrario.Conecte el devanado principal, el auxiliar y el interruptor centrífugo como se indicaen la fig. # 28 aplique tensión (80 V. aprox). Observe y tome nota.Agregue el capacitor de acuerdo a lo indicado en el circuito.Tome los datos solicitados en la tabla de valores # 45

tabla # 45 Mediciones realizadas en el motor de fase partida y arranque por capacitor

Resistencias de losdevanados

Corriente de arranque(A)

Marcha del motor Cambio de giro

Rp(Ω)

Ra(Ω)

Sincapacitor

Concapacitor

Corriente(A)

Velocidad(r.p.m)

Motorreversible

Motor deinversión

Los motores monofásicos en su mayoría pueden cambiar el sentido de giro, si lohacen detenidos o ha velocidades inferiores al 20% de la velocidad nominal, seclasifican como motores reversibles y si pueden hacerlo en marcha, bajo cualquiercircunstancia, se les clasifica como motor de inversión.Indague como cambiar el sentido de giro del motor en estudio y clasifíquelo deacuerdo con el cambio de giro.Evalúe la forma de controlar o variar la velocidad del motor en caso de ser esto posible.

3. El motor monofásico de fase partida con capacitor permanente

Con el motor suministrado, según se indica en la fig. # 29 identifique devanado principal, devanado auxiliar, mida los correspondientes valores de resistencia, precise la sección del alambre con que se construyen dichos devanados. Observe elcapacitor, anote sus características.

• Alimente sólo el devanado principal con una tensión de aproximadamente 60V. Como el motor no arranca se requiere darle un impulso inicial en cualquiersentido. Repita el procedimiento para el sentido contrario.

•

Conecte el devanado principal y el auxiliar como se indica en la fig # 29aplique tensión (80 V aprox). Observe y tome nota.• Agregue el capacitor de acuerdo a lo indicado en el circuito. Tome los datos

solicitados en la tabla de valores # 46• Evalúe la forma de controlar o variar la velocidad del motor en caso de ser

esto posible.



6 8



tabla # 46 Mediciones realizadas a un motor monofásico de fase partida con capacitor permanenteResistencias de los

devanadosCorriente de arranque

(A)Marcha del motor Cambio de giro

Rp(Ω)

Ra(Ω)

Sincapacitor

Concapacitor

Corriente(A)

Velocidad(r.p.m)

Motorreversible

Motor deinversión

4.- Motor de repulsión -inducción:Este motor ha diferencia de los demás motores de inducción monofásicos, presenta unrotor bobinado en vez de una jaula de ardilla, así como conmutador y escobillas. Eneste motor, la energía se transfiere por inducción del devanado monofásico de campodel estator al rotor. La principal característica de estos motores la constituye unmecanismo que lleva en el conmutador. Cuando el motor arranca, las escobillas,cepillos o carbones se encuentran haciendo contacto con las delgas del conmutadoruna vez que el motor ha arrancado y tomado su velocidad de régimen, el mecanismoentra en función cerrando en cortocircuito todas las delgas del conmutador por mediode una pieza compuesta de varios pedazos de cobre adheridos a un collarín,accionado a su vez por unos resortes y piezas que obran por fuerza centrífuga.

Otra característica sobresaliente de los motores monofásicos de repulsión-inducciónes que las escobillas que rozan con el conmutador no tienen conexión con las bobinasde campo en el estator. Su nombre se debe que opera en el arranque bajo el principiode repulsión magnética y luego en régimen trabaja como cualquier otro motor deinducción. Estos motores están diseñados para arrancar a plena carga. Su elevadocosto los ha llevado a ser sustituidos paulatinamente por los motores de inducción concapacitor de arranque y de régimen (dos valores).Con el motor suministrado, según se indica en la fig. # 30.

devanadoauxiliar

fig. # 29 Motor Monofásico de fase partida con capacitor permanente

rotor jaulade ardilla

devanado. principal

fuente de tensiónmonofásica

capacitor(uso permanente)

LR

LR



6 9



• Identifique devanado estatórico, mida el valor de su resistencia.• Observe instantes después del arranque y antes de detenerse la operación del

anillo o collarín centrífugo.• Tome nota de la corriente de arranque y la de régimen.• Observe el dispositivo (palanca) decalador de escobillas y mueva la misma

observando los cambios que se suceden, tome nota.• Indague como cambiar el sentido de giro y ejecute el cambio.• Analice la posibilidad de controlar la velocidad.

• Llene la tabla de valores # 47, fije una tensión de alimentación de 75 voltios.tabla # 47 Datos correspondientes al motor de repulsión -inducción

Resistencia deldevanado

Corriente (A) Marcha del motor Cambio de giro

Rp (Ω) Arranque Marcha η (r.p.m)Motor

reversibleMotor deInversión

5.- Motor universal

El motor universal tiene la cómoda capacidad de funcionar ya sea en corriente alterna

o directa y con características similares, siempre que sean laminados los núcleos tantodel estator como el rotor. El ángulo del par lo fija la posición de las escobillas y tiene por lo general un valor óptimo a 90°.Se usan pequeños motores universales cuando es importante un bajo peso, como porejemplo en aspiradoras, electrodomésticos y herramientas portátiles y trabajan por logeneral altas velocidades (de 1.500 a 15.000 r.p.m.). El motor universal suministra lamayor potencia por unidad de costo tratándose de motores de potencia fraccionaría, ycomo desventaja tiene su ruido, una vida relativamente corta, y alta velocidad.Con el motor suministrado, según se indica en la fig. # 31.

Dev. estator

fig. # 30 Motor monofásico de arranque por repulsión–inducción

Rotordevanado

Collaríncentrífugo

Fuente de tensiónmonofásica

Escobillas encortocircuito

Colector



7 0



• Identifique los devanados serie y de compensación ubicados en el estator,mida el valor de su resistencia.

• Proceda arrancar el motor a tensión reducida.• Tome nota de la corriente de arranque y de régimen,• Observe el dispositivo (palanca) decalador de escobillas y mueva la misma

observando los cambios que se suceden, tome nota.• Indague como cambiar el sentido de giro y ejecute el cambio.

• Analice la posibilidad de controlar la velocidad.• Llene la tabla de valores # 48 fije una tensión de alimentación de 75 voltios.

tabla # 48 Mediciones realizadas al motor universal

resistencias de losdevanados

corriente de arranque(A)

marcha del motor cambio de giro

Rs(Ω)

Rc(Ω)

sólo devserie

con devde comp.

corriente(A)

velocidad(r.p.m)

motorreversible

motor deinversión

En INFORME:a) Realice una tabla comparativa de las características evaluadas en los motores

monofásicos ensayados. b) Complemente para cada motor estudiado su principio de funcionamiento o

principio de arranque.c) Investigue sobre los motores monofásicos síncronos (reluctancia, histéresis,

sub-síncrono).

dev. estator

fig. # 31 Motor universal

colector

fuente de tensiónmonofásica o DC

rotor devanado

devanado decompensación

escobilla



7 1



Mediciones realizadas a motores monofásicos

Integrantes: ___________________ _____________________ _________________________


tabla # 45 Mediciones realizadas en el motor de fase partida y arranque por capacitor

Resistencias de losdevanados

Corriente de arranque(A)

Marcha del motor Cambio de giro

Rp

(Ω)

Ra

(Ω)

Sincapacitor

Concapacitor

Corriente(A)

Velocidad(r.p.m)

Motorreversible

Motor deinversión

tabla # 46 Mediciones realizadas a un motor monofásico de fase partida con capacitor permanenteResistencias de los

devanadosCorriente de arranque

(A)Marcha del motor Cambio de giro

Rp(Ω)

Ra(Ω)

Sincapacitor

Concapacitor

Corriente(A)

Velocidad(r.p.m)

Motorreversible

Motor deinversión

tabla # 47 Datos correspondientes al motor de repulsión -inducción Resistencia del

devanadoCorriente (A) Marcha del motor Cambio de giro

Rp (Ω) Arranque Marcha η (r.p.m)Motor

reversibleMotor deInversión

tabla # 48 Mediciones realizadas al motor universal

resistencias de losdevanados

corriente de arranque(A)

marcha del motor cambio de giro

Rs(Ω)

Rc(Ω)

sólo devserie

con devde comp.

corriente(A)

velocidad(r.p.m)

motorreversible

motor deinversión



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