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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE HERMOSILLO Electromagnetismo Practica motor jaula de ardilla INTEGRANTES: Fernández Carvajal Fernando Corrales Monreal Jesús Enrique García Verdugo José Luis Figueroa Alegría Ana Ligia Navarro Ayora Juan Manuel 05/11/2013

Jaula de Ardilla (1)

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE HERMOSILLO

Electromagnetismo

Practica motor jaula de ardilla

INTEGRANTES: Fernández Carvajal Fernando Corrales Monreal Jesús Enrique García Verdugo José Luis Figueroa Alegría Ana Ligia Navarro Ayora Juan Manuel

05/11/2013HERMOSILLO, SONORA

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Introducción

Los motores son fundamentales en nuestra era moderna, ya que un sin fin de máquinas utilizan estos dispositivos para funcionar y cumplir su función en la vida cotidiana, para empezar definiremos lo que es un motor eléctrico:

El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

En esta práctica estaremos utilizando un motor Jaula de ardilla, que es un motor eléctrico de inducción comercial, el cual se distingue de otros motores por que las corrientes secundarias son creadas únicamente por inducción. Este tipo de motores han tenido variaciones para mejorar su capacidad o para tener par de arranque mayor o menor que el diseño normal, esto depende de su uso.

Utilizando este tipo de rotor utilizaremos el equipo proporcionado por el laboratorio de ingeniería eléctrica del ITH, el cual tiene los dispositivos necesarios para llevar acabo nuestro cometido, con la ayuda de nuestro profesor, operaremos el equipo para encender un motor de jaula de ardilla ubicado en el mismo laboratorio, proporcionándole un voltaje de manera directa y de manera variable, es decir que subiremos el voltaje en vez de proporcionar el voltaje de golpe y nosotros deberemos de observar el comportamiento del motor además de observar el comportamiento de la corriente y del voltaje que está involucrado con este rotor.

Con esta práctica esperamos obtener conocimiento práctico que nos ayude en tareas futuras donde posiblemente operemos este tipo de motor eléctrico, aplicando los conocimientos aprendidos sobre el comportamiento del voltaje y la corriente en un motor eléctrico de inducción como es el rotor de Jaula de ardilla.

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Desarrollo de la práctica

En la práctica realizada con el motor jaula de ardilla iniciamos con la conexión de la fuente de voltaje de corriente directa al amperímetro en la que a partir de la conexión del amperímetro conectamos en serie al motor. A partir de ahí modificamos la fuente para poder cambiar el voltaje el cual empezamos de cero hasta más de 120 volts, incrementando gradualmente el voltaje. Al hacer esto las revoluciones del motor iban incrementando hasta llegar al punto máximo de revoluciones por minuto. (Siendo que si se llega a incrementar el voltaje a más de 120 volts, las revoluciones no cambiarán).

**Aquí podemos ver que los cables están conectados a un voltaje variable**

Una vez realizado esto, cambiamos de introducir el voltaje de variable a fijo, de tal forma que al momento de encender la fuente de poder, el motor recibió los 120 volts de manera inmediata haciendo que este llegara a sus máximas revoluciones por minuto y subiendo de golpe su amperaje a 6 amperes y luego nivelándose a 2 amperes. Después de esto, las revoluciones se mantendrían al máximo y de esta forma poder comprobar que para que el motor rompa la inercia se necesitan al menos 50 volts

**En esta imagen podemos observar que se hizo el cambio de voltaje variable a voltaje fijo de 120 V. El cable amarillo se conecta

con el amperímetro**

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**Como podemos ver en la imagen, los cables azules son los que conectan a la corriente y a la Tierra, los amarillos crean puente y el rojo es el que va conectado al amperímetro, para medir la corriente en el motor**

**Aquí podemos observar el amperaje después de estar en corriente con voltaje fijo**

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Rotor de jaula de ardilla

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas).

La base del rotor se construye con láminas de hierro apiladas. El dibujo muestra solamente tres capas de apilado pero se pueden utilizar muchas más.

Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga.

A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estátor. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estátor y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras.

El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las láminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddy current').

El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio (llamado por ello acero al silicio), con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis.

El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de las barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.

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Para distinguir entre diversos tipos disponibles, la Nacional Eléctrica Manufactureras Asociación (NEMA) ha desarrollado un sistema de identificación con letras en la cual cada tipo de motor comercial de inducción de jaula de ardilla se fabrica de acuerdo con determinada norma de diseño y se coloca en determinada clase, identificada con una letra. Las propiedades de la construcción eléctrica y mecánica el rotor, en las cinco clases NEMA de motores de inducción de jaula de ardilla, se resume en la siguiente tabla:

Tabla 1 características de los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla de acuerdo con la clasificación en letras NEMA.

Clase

NEMA

Par de arranque

(# de veces el

nominal)Corriente de arranque

Regulación de velocidad

(%) Nombre de clase del motor

A

B

C

D

F

1.5-1.75

1.4-1.6

2-2.5

2.5-3.0

1.25

5-7

4.5-5

3.5-5

3-8

2-4

2-4

3.5

4-5

5-8 , 8-13

mayor de 5

Normal

De propósito general

De doble jaula alto par

De alto par alta resistencia

De doble jaula, bajo par y baja corriente de arranque.

*Los voltajes citados son para el voltaje nominal en el arranque.

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Tipos de rotores

Existen varios tipos de estos elementos, pero los que son más usados en la industria; es decir, los rotores para motores asíncronos de corriente alterna son 4.

Rotor de jaula de ardilla simple

Los círculos negros que se muestran en la figura representan las ranuras del rotor donde va introducido el bobinado. Existen varios tipos de ranuras, de ahí que existan varios tipos de rotores.

Este tipo de rotor es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera 6 ó 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta mal los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140 % del normal.

Rotor de jaula de ardilla doble

La ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras están separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe.

Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 ó 5 veces la intensidad nominal, y su par de arranque puede ser de 230 % la normal. Éstas características hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es el más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.

Rotor con ranura profunda

Es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de ranura profunda. Sus características vienen a ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores de baja potencia que necesitan realizan continuos arranques y paradas.

Rotor de anillos rozantes

Se denominan rotores de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150 % y el 250 % del par normal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor.

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Aplicaciones comunes

Los motores de la línea monofásica pueden ser clasificados como “Motores de Uso General”; sin embargo pueden ser empleados , sin ningún problema, en aplicaciones específicas como :

Aplicaciones en ambientes polvosos

Bombas centrífugas. Compresores.

Ventiladores

Bombas de combustible

A prueba de explosión

Lavadoras y electrodomésticos en general

Conclusión:

En la práctica realizada se aprendió el funcionamiento y uso correcto de un transformador monofásico conocido como ¨el motor de jaula de ardilla¨, mediante pruebas de alteración por amperaje.

Al conectarlo al amperímetro nos percatamos que en los 3 tipos de cargas existentes, los cuales consisten en, inductiva, capacitiva y resistiva al momento de elevar el amperaje se reflejó una reducción en la carga inductiva y un aumento en la capacitiva, mientras que en la resistiva se reduce moderadamente el voltaje.