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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”
“ESTUDIO DE LAS MÁQUINAS GENERALIZADAS MODELOS MAWDSLEY Y AEI FUNCIONANDO COMO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO EN ESTADO PERMANENTE”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTAN:
EMMANUEL FRANCISCO BAUTISTA RAMOS CARLOS ALBERTO HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
ASESORES:
M. EN C. TOMAS IGNACIO ASIAÍN OLIVARES DR. DANIEL RUÍZ VEGA
MÉXICO, D.F. 2013
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL E S e lJ E L j S lJ PE R 1 () II f) E I N (; E Nl E Il í A. 1\'1 E e A N I C' A 'i E J; F (' l' H. 1(: ;\
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QUE PARA OBTENER EL TITULO DE POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN
DEBERA (N) DESARROLLAR
INGENIERO ELECTRICISTA
TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL
C. EMMANUEL FRANCISCO BAUTISTA RAMOS C. CARLOS ALBERTO HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
"ESTUDIO DE LAS MÁQUINAS GENERALIZADAS MODELOS MA WDSLEY y AEI FUNCIONANDO COMO MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO EN ESTADO PERMANENTE"
ESTUDIO DE LAS MÁQUINAS GENERALIZADAS FUNCIONANDO COMO MOTOR DE INDUCCIÓN TRlF ÁSICOS EN CONEXIÓN DELTA Y ESTRELLA CON ARRANQUES, UTILIZANDO REOSTATO y A PLENA TENSIÓN OPERANDO EN ESTADO PERMANENTE.
M.E
• INTRODUCCIÓN GENERAL • MAQUINAS GENERALIZADAS MA WDSLEY y AEI • DIAGRAMAS Y PRUEBAS ELÉCTRICAS PROPORCIONADAS DE LAS MÁQUINAS
GENERALIZADAS MA WDSLEY • VARlABLES ELECTRICAS OBTENIDAS DE LAS MAQUINA S GENERALIZADAS
MAWDSLEY CONEXIÓN DELTA Y AE! CONEXIÓN ESTRELLA • PRUEBAS ELECTRICAS PROPUESTAS EN LA MÁQUINA GENERALIZADA MA WDSLEY
OPERANDO COMO MOTOR DE INDUCCION EN CONEXIÓN ESTRELLA • CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
MÉXICO D.F. A 26 DE NOVIEMBRE DE 2013
A S E S O R E S
2
Resumen
En este trabajo de tesis se presentan las pruebas eléctricas de dos
máquinas generalizadas Mawdsley y AEI operando como motores de
inducción trifásicos en estado permanente, así como los resultados y
su respectivo análisis de las variables eléctricas medidas.
Las pruebas se realizaron mediante la norma vigente de motores la
115-IEEE/ANSI, así como de la información de los manuales
existentes, artículos y tesis.
Se presentan resultados de pruebas eléctricas de la máquina
generalizada Mawdsley de la operación en conexión eléctrica en delta
en el estator, operando como motor de inducción de dos polos
También se presentan pruebas y resultados esta máquina
funcionando con conexión eléctrica tipo estrella, con sus bobinas de
estator en conexión paralelo con neutros no aterrizados o común con
o sin conexión a tierra y también estrella con sus bobinas en conexión
serie. Así como de la AEI operando como motor de inducción de
cuatro polos. Para la realización de la medición en estas pruebas se
utilizó un medidor digital de potencia eléctrica trifásico “Power PAD”.
Se presentan los resultados de las pruebas realizadas, contenidas en
los manuales se información técnica, así como las propuestas
mediante tablas y curvas de sus variables de tensión, corriente y
potencia. También se presentan resultados de la fuerza electromotriz
inducida en las bobinas de búsqueda del estator y rotor para ambas
máquinas mediante el medidor digital de potencia eléctrica.
Adicionalmente se presentan las mediciones de armónicas durante
todas las pruebas.
3
Indice
Capítulo 1.-Introducción General ...................................................................................................... 13
1.1. Planteamiento del problema. ................................................................................................ 13
1.2. Antecedentes. ........................................................................................................................ 14
1.3. Objetivos generales. ............................................................................................................... 15
1.4. Objetivos específicos .............................................................................................................. 15
1.5. Justificación ............................................................................................................................ 16
1.6. Límites y alcances ................................................................................................................... 16
1.7. Aportaciones .......................................................................................................................... 16
1.8. Estructura de la tesis .............................................................................................................. 17
Capítulo 2.-Máquinas Generalizadas Mawdsley y AEI. ..................................................................... 19
2.1. Máquinas convencionales rotatorias de corriente alterna .................................................... 19
2.1.1 Construcción del motor de inducción .............................................................................. 20
2.1.2. Circuito eléctrico equivalente de un motor de inducción ............................................... 21
2.1.3 Circuito equivalente final del motor de inducción ........................................................... 22
2.2. Introducción a las máquinas generalizadas ........................................................................... 23
2.3. Máquina generalizada Mawdsley .......................................................................................... 24
2.3.1. Descripción de la máquina generalizada Mawdsley ...................................................... 25
2.3.2. La máquina de C.C. .......................................................................................................... 29
2.3.3. Unidad de medición de par ............................................................................................. 29
2.4. Máquina generalizada AEI ...................................................................................................... 30
2.4.1. Descripción de la máquina generalizada AEI. ................................................................. 31
2.5. Especificaciones y características de las maquinas generalizadas Mawdsley y AEI............... 37
Capítulo 3.- Diagramas y Pruebas Eléctricas Proporcionadas de las Máquinas Generalizadas
Mawdsley y AEI ................................................................................................................................. 39
3.1. Diagrama y resultados especificados de las pruebas realizadas en la máquina Mawdsley
como motor de inducción de 2 polos con conexión doble delta con bobinas en paralelo .......... 39
3.2. Diagrama y resultados especificados de la prueba de la máquina Mawdsley como motor de
inducción de 4 polos, conexión doble delta con bobinas en paralelo .......................................... 44
3.3. Diagramas y resultados especificados de la máquina Mawdsley como motor de 6, 10, 12 y
14 polos, conexión doble delta con bobinas en serie ................................................................... 48
4
3.4. Diagrama distribuido de la prueba de doble delta para la conexión de las bobinas en
paralelo, 2 polos, Máquina Mawdsley. ......................................................................................... 55
3.5. Diagramas utilizados para las pruebas en la máquina generalizada AEI como motor de
inducción ....................................................................................................................................... 59
Capítulo 4.-Variables eléctricas obtenidas de las máquinas generalizadas Mawdsley conexión delta
y AEI conexión estrella. ..................................................................................................................... 61
4.1. Pruebas en la máquina generalizada Mawdsley como motor de inducción......................... 62
4.1.1. Resultados para la configuración en 2 polos ................................................................... 62
4.1.2. Resultados para la configuración en 4 polos ................................................................... 72
4.1.3. Resultados para la configuración en 6 polos ................................................................... 80
4.1.4. Resultados para la configuración en 10 polos ................................................................. 87
4.1.5. Resultados para la configuración en 12 polos ................................................................. 91
4.1.6. Resultados para la configuración en 2 polos con bobinas de búsqueda en el estator. .. 98
4.1.7. Análisis de resultados de la máquina generalizada Mawdsley ..................................... 100
4.2. Pruebas en la máquina generalizada AEI como motor de inducción ................................... 101
4.2.1. Resultados para la configuración en 4 polos como motor de inducción de rotor
devanado con bobinas en cuadratura en estado permanente. .............................................. 101
4.2.2. Análisis de resultados de la máquina AEI ...................................................................... 113
Capítulo 5.-Pruebas eléctricas propuestas en la, máquina generalizada Mawdsley, operando como
motor de inducción en conexión estrella. ....................................................................................... 115
5.1. Diagramas utilizados en las prácticas propuestas ................................................................ 115
5.1.1. Diagrama distribuido de la prueba de doble estrella con neutros aislados para la
conexión de las bobinas en paralelo ....................................................................................... 119
5.2. Experimentos realizados ...................................................................................................... 122
5.2.1. Pruebas de rotor bloqueado y en vacío, máquina generalizada Mawdsley de 2 polos,
conexión doble estrella con bobinas en paralelo y neutros aislados. .................................... 122
5.2.2. Prueba en vacío, máquina generalizada Mawdsley de 2 polos, conexión doble estrella
con bobinas en paralelo y neutros aislados, funcionando como motor de inducción semi-jaula
de ardilla en estado permanente. ........................................................................................... 124
5.2.3. Prueba con carga de 16 A, máquina generalizada Mawdsley de 2 polos, conexión doble
estrella con bobinas en paralelo y neutros aislados, funcionando como motor de inducción
semi-jaula de ardilla en estado permanente. ......................................................................... 127
5.2.4. Prueba en vacío, máquina generalizada Mawdsley, de 2 polos, conexión doble estrella
con bobinas en paralelo con neutro común, funcionando como motor de inducción semi-jaula
de ardilla en estado permanente. ........................................................................................... 131
5
5.2.5. Prueba con carga de 16 A, máquina generalizada Mawdsley de 2 polos, conexión doble
estrella con bobinas en paralelo con neutro común, funcionando como motor de inducción
semi-jaula de ardilla en estado permanente. ......................................................................... 134
5.2.6. Prueba en vacío, máquina generalizada Mawdsley de 2 polos, conexión doble estrella
con bobinas en serie, funcionando como motor de inducción semi-jaula de ardilla en estado
permanente, ............................................................................................................................ 138
5.2.7 Prueba con carga de 4 A. máquina generalizada Mawdsley de 2 polos, conexión doble
estrella con bobinas en serie, funcionando como motor de inducción semi-jaula de ardilla en
estado permanente. ................................................................................................................ 141
Capítulo 6.-Conclusiones y Recomendaciones ................................................................................ 145
Conclusiones Máquina Mawdsley Conexiones Deltas en paralelo ..................................... 145
Conclusiones Máquina AEI .................................................................................................. 146
Conclusiones Máquina Mawdsley Conexiones Estrellas Paralelo y Serie. .......................... 147
Recomendaciones ....................................................................................................................... 148
Recomendaciones Generales .......................................................................................... 148
Recomendaciones Técnicas Específicas .......................................................................... 149
Recomendaciones para trabajos posteriores .................................................................. 149
Apéndice A ...................................................................................................................................... 151
Resultados de la prueba de Resistencia Óhmica en anillos rozantes de la máquina generalizada
Mawdsley y reóstato de arranque. ............................................................................................. 151
Apéndice B ...................................................................................................................................... 153
Características y placa de datos de las máquinas generalizadas Mawdsley y AEI ...................... 153
Apéndice C....................................................................................................................................... 157
Aparatos utilizados en la investigación y experimentación de las máquinas generalizadas
Mawdsley y AEI. .......................................................................................................................... 157
Referencias .................................................................................................................................. 159
6
Listado de figuras
Figura 2.1. Estator de máquina síncrona........................................................................................... 20
Figura 2.2. Rotor devanado (A) y rotor tipo jaula de ardilla (B). ....................................................... 21
Figura 2.3.Modelado de un motor de inducción con estator y rotor, equivalente a un
transformador ideal con relación de transformación de 1. .............................................................. 22
Figura 2.4. Circuito equivalente por fase en un motor de inducción ................................................ 23
Figura 2.5. Muestra la disposición de la máquina experimental Mawdsleyel diseño del panel con
terminales especiales. ....................................................................................................................... 25
Figura 2.6. Diagrama descriptivo de la configuración del devanado de doble capa. ....................... 26
Figura 2.7.Esquema descriptivo de la máquina generalizada Mawdsley e interconexión de la
terminales en al panel de control frontal......................................................................................... 27
Figura 2.8. Máquina generalizada AEI ............................................................................................... 30
Figura 2.9. Diagrama eléctrico, devanados y disposición de la máquina AEI ................................... 31
Figura 2.10. Arreglos para el funcionamiento de la maquina generalizada AEI. .............................. 34
Figura 2.10´.Arreglos para el funcionamiento de la maquina generalizada AEI. .............................. 35
Figura 2.11. Arreglos para maquinas generalizadas AEI y Mawdsley (síncronas y asíncronas) ........ 36
Figura 3.1. Diagrama para conexión del arrancador para la máquina Mawdsley modo motor de
inducción de 2 y 4 polos ................................................................................................................... 41
Figura 3.2. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 2 polos ........................................ 43
Figura 3.4. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 4 polos .......................................... 47
Figura 3.5. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 6 polos .......................................... 51
Figura 3.6. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 10 polos ........................................ 52
Figura 3.7. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 12 polos ........................................ 53
Figura 3.8. Diagrama de conexión en el tablero para motor 14 polos ............................................. 54
Figura 3.9. Diagrama de distribución para la conexión de doble delta con bobinas en paralelo, 2
polos, máquina Mawdsley. ............................................................................................................... 55
Figura 3.10. Analogía de la formación de polos, de un motor monofásico de fase partida de 4
polos. ................................................................................................................................................. 56
Figura 3.11 Diagrama sintetizado para la conexión de doble delta con bobinas en paralelo, 2 polos,
máquina Mawdsley. .......................................................................................................................... 57
Figura 3.12. Diagrama distribuido del diagrama sintetizado conexión de doble delta con bobinas en
paralelo, 2 polos, máquina Mawdsley. ............................................................................................. 57
Figura 3.13.Analogíade la figura 3.12. ............................................................................................... 58
Figura 3.14. Diagrama de conexión para el motor de inducción AEI de rotor devanado con bobinas
en cuadratura. ................................................................................................................................... 59
Figura 3.15. Diagrama de conexión para motor de inducción AEI .................................................... 60
Figura 4.1. Resultados de la prueba con rotor bloqueado, máquina generalizada Mawdsley, 2 polos
........................................................................................................................................................... 63
Figura 4.2. Resultados operando en vacío máquina generalizada Mawdsley, 2 polos ..................... 64
Figura 4.3. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
........................................................................................................................................................... 65
7
Figura 4.4. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
........................................................................................................................................................... 66
Figura 4.5. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 67
Figura 4.6. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
........................................................................................................................................................... 68
Figura 4.7. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
........................................................................................................................................................... 69
Figura 4.8. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 70
Figura 4.9. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
........................................................................................................................................................... 72
Figura 4.10. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 73
Figura 4.11. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 74
Figura 4.12. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 75
Figura 4.13. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 76
Figura 4.14. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 77
Figura 4.15. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 80
Figura 4.16. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 81
Figura 4.17. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 82
Figura 4.18. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 83
Figura 4.19. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 84
Figura 4.20. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 85
Figura 4.21. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 87
Figura 4.22. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 88
Figura 4.23. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 89
Figura 4.24. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 91
8
Figura 4.25. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 92
Figura 4.26. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 93
Figura 4.27. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 94
Figura 4.28. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 95
Figura 4.29. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ............................................................................................................................................. 96
Figura 4.30. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
monofásico. ....................................................................................................................................... 98
Figura 4.31. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
monofásico. ....................................................................................................................................... 99
Figura 4.32. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 105
Figura 4.33. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 106
Figura 4.34. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 107
Figura 4.35. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 108
Figura 4.36. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 109
Figura 4.37. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 110
Figura 4.38. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
monofásico. ..................................................................................................................................... 112
Figura 5.1. Conexión de dos estrella en paralelo, con neutros aislados. ........................................ 116
Figura 5.2. Conexión de dos estrellas en paralelo con neutro común. ........................................... 117
Figura 5.3. Conexión de una estrella en serie ................................................................................. 118
Figura 5.4. Diagrama de conexión distribuido, doble estrella con bobinas en paralelo y neutros
aislados, 2 polos, máquina Mawdsley. ............................................................................................ 119
Figura 5.5. Diagrama sintetizado del diagrama desplegado, en el cual se aprecia de una manera
más fácil la conexión de doble estrella. .......................................................................................... 120
Figura 5.6.Estrellas en paralelo ....................................................................................................... 120
Figura 5.7. Se muestra la configuración del estator en un diagrama clásico de dos estrellas en
paralelo con neutros aislados. ........................................................................................................ 121
Figura 5.8. Prueba de operación con rotor bloqueado máquina Mawdsley. ................................. 122
Figura 5.9.Prueba de operación en vacío máquina Mawdsley ....................................................... 123
Figura 5.10. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 124
9
Figura 5.11. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 125
Figura 5.12. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 126
Figura 5.13. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 127
Figura 5.14. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 128
Figura 5.15. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 129
Figura 5.16. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 131
Figura 5.17. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 132
Figura 5.18. Formas de onda, de Corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 133
Figura 5.19. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 134
Figura 5.20. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 135
Figura 5.21. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 136
Figura 5.22. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 138
Figura 5.23. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 139
Figura 5.24. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 140
Figura 5.25. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 141
Figura 5.26. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 142
Figura 5.27. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial
trifásico. ........................................................................................................................................... 143
Figura B-1. Máquina generalizada Mawdsley ................................................................................. 153
Figura B-2.Máquina generalizada AEI ............................................................................................. 155
Figura C-1. “Power PAD” (AEMC) Modelo 3945 ............................................................................. 157
Figura C-2. Tacómetro contador (Extech) ....................................................................................... 157
Figura C-3.MultimetroFluke ............................................................................................................ 157
Figura C-4. Mutimetro de gancho (Extech) .................................................................................... 157
Figura C-6. Fuente regulada de C.C. ................................................................................................ 158
Figura C-5. Banco de resistencias trifásico ...................................................................................... 158
10
Figura C-7. Arrancador Trifásico resistivo ...................................................................................... 158
11
Listado de tablas Tabla 2.1. Características y especificaciones de las máquinas generalizadas AEI, Mawdsley .......... 37
Tabla 3.1. Resultados especificados de las pruebas de la máquina Mawdsley de 2 polos de rotor
devanado y semi-jaula de ardilla....................................................................................................... 42
Tabla 3.2. Resultados especificados de las pruebas de la máquina Mawdsley de 4 polos de rotor
devanado y semi-jaula de ardilla....................................................................................................... 46
Tabla 3.3. Resultados especificados de las pruebas de la máquina Mawdsley de 6, 10, 12 y 14
polos semi-jaula de ardilla ................................................................................................................ 50
Tabla 4.1. Prueba de rotor bloqueado, máquina Mawdsley, 2 polos ............................................... 62
Tabla 4.2. Prueba operando en vacío, máquina Mawdsley, 2 polos ................................................ 63
Tabla 4.3. Resultados de la prueba de vacío hasta una carga máxima de 8 A, 2 polos de rotor
devanado. .......................................................................................................................................... 71
Tabla 4.4. Resultados de la prueba de vacío hasta carga máxima de 4A, rotor devanado 4 polos. . 78
Tabla 4.5. Resultados de la prueba de vacío hasta carga máxima de 4A, semi-jaula de ardilla 4
polos. ................................................................................................................................................. 79
Tabla 4.6. Resultados de la prueba de vacío hasta una carga máxima de 10 A, semi-jaula de ardilla,
6 polos. .............................................................................................................................................. 86
Tabla 4.7. Resultados de la prueba en vacío, semi-jaula de ardilla, de 10 polos .............................. 90
Tabla 4.8. Resultados de la prueba en vacío hasta una carga máxima de 18 A semi-jaula de ardilla
de 12 polos. ....................................................................................................................................... 97
Tabla 4.9. Prueba en vacío máquina AEI ......................................................................................... 101
Tabla 4.10. Prueba de rotor bloqueado máquina AEI ..................................................................... 102
Tabla 4.11. Resultados de la prueba al vacío en la máquina AEI de 4 polos midiendo voltaje y
corriente de entrada ....................................................................................................................... 103
Tabla 4.12. Resultados de la prueba al vacío en la máquina AEI de 4 polos midiendo voltaje y
corriente en el rotor ........................................................................................................................ 104
Tabla 4.13. Resultados de la prueba en vacío hasta una carga máxima de 19 A en la máquina AEI
semi-jaula de ardilla de 4 polos....................................................................................................... 111
Tabla 5.1. Prueba de rotor bloqueado máquina Mawdsley............................................................ 122
Tabla 5.2. Prueba de operación en vacío máquina Mawdsley ........................................................ 123
Tabla 5.3. Resultados de las prueba en vacío hasta una carga máxima de 16 A, conexión doble
estrella con bobinas en paralelo con neutros aislados de 2 polos.................................................. 130
Tabla 5.4. Resultados de las pruebas en vacío hasta una carga máxima de 16 A, conexión doble
estrella con bobinas en paralelo con neutro común, 2 polos ......................................................... 137
Tabla 5.5. Resultados de las pruebas en vacío hasta una carga máxima de 4 A, conexión doble
estrella con bobinas en serie, 2 polos ............................................................................................. 144
Tabla A-1. Esta tabla muestra las lecturas obtenidas en los anillos rozantes de la máquina
generalizada Mawdsley ................................................................................................................... 151
Tabla A-2. Esta tabla muestra las lecturas obtenidas en los bornes de un reóstato de arranque
trifásico ............................................................................................................................................ 151
Tabla B-1. Placa de datos de la máquina de C.A. Mawdsley ........................................................... 153
Tabla B-2.Placa de datos de la máquina de C.C. Mawdsley ............................................................ 153
12
Tabla B-3. Placa de datos de la máquina de C.C. carriage (o primo-motor) Mawdsley .................. 154
Tabla B-4. Placa de datos del tacogenerador Mawdsley ................................................................ 154
Tabla B-5. Placa de datos de la máquina de C.C. AEI ...................................................................... 155
Tabla B-6. Placa de datos del tacogenerador AEI............................................................................ 156
13
Capítulo 1.-Introducción General
En este capítulo se describe brevemente una justificación general
sobre el tema a desarrollaren la presente tesis, por lo cual a
continuación se muestra el planteamiento del problema, los objetivos,
antecedentes, justificación, límites y alcances que permiten desarrollar
de manera eficiente la estructura del trabajo, tanto teórico como
práctico.
Asimismo, se da a entender de una manera más especifica el tema
desarrollado, así como los alcances del mismo, no obstante el estudio
de las máquinas generalizadas es tan amplio que prácticamente
abarca todas las máquinas eléctricas estáticas y rotatorias en corriente
continua(C.C) y corriente alterna(C.A). Por lo que este trabajo se
enfocara en el funcionamiento de las máquinas generalizadas como
motor de inducción en estado permanente en CA.
1.1. Planteamiento del problema.
Las máquinas generalizadas instaladas en el Laboratorio Pesado II de
la ESIME Zacatenco. Son máquinas diseñadas específicamente para
la docencia y experimentación en las universidades con planes de
estudio de Ingeniería Eléctrica.
Las máquinas generalizadas, son máquinas construidas para el
estudio y experimentación del comportamiento de las máquinas de
corriente alterna C.A. y corriente continua C.C. mediante el alcance
que permiten sus diseños y construcción, respecto a los artículos y
manuales técnicos existentes en la ESIME Zacatenco [2].
En el Laboratorio Pesados II de Ingeniería Eléctrica se encuentran
estas máquinas que han sido utilizadas como motores de inducción
trifásicos y generadores síncronos las cuales forman parte de los
arreglos de máquinas rotatorias de corriente alterna C.A.
14
En este trabajo de tesis se muestra la utilización de las máquinas
generalizadas en operación en estado permanente, funcionando como
motor de inducción de rotor devanado y motor de inducción semi-jaula
de ardilla (diseño especial de la máquina generalizada Madwsley). El
diseño y la construcción delas máquinas generalizadas es tan amplio
que prácticamente abarca todas las máquinas rotatorias conocidas.
Por lo que este trabajo se enfocara en el funcionamiento de las
máquinas como motor de inducción trifásico en estado permanente.
1.2. Antecedentes.
Las máquinas generalizadas, son máquinas construidas para el
estudio de los fenómenos, parámetros y variables específicas, de las
máquinas rotatorias. Estas han sido utilizadas principalmente para la
docencia e investigación de nivel licenciatura y posgrado en las
escuelas de ingeniería eléctrica que las posean, y para el avance
científico y tecnológico en los aspectos de diseño y construcción de las
máquinas convencionales eléctricas rotatorias.
En el mundo solo las empresas Mawdsley Inc., AEI, BKB y
Westinghouse construyeron máquinas generalizadas[7].De las cuales
en los Laboratorios Pesados II de Ingeniería Eléctrica de la ESIME
Zacatenco, en el área de graduados, se encuentran dos máquinas
generalizadas, específicamente la Mawdsley y AEI.
La máquina eléctrica generalizada Mawdsley aparece por primera vez
en marzo de 1961 [8] una de sus características principales era que
cada bobina del devanado del estator se conectaba a las 96
terminales en un panel frontal, formado de cuatro círculos
concéntricos.
La máquina eléctrica generalizada AEI fue planeada en 1959 y
diseñada a principios de 1960 [8] especialmente para un nuevo curso
de introducción a la conversión de energía electromecánica, el cual
tenían y tienen como propósito principal el facilitar las prácticas y
llegarlas a realizar en un promedio de dos y media a tres horas.
15
Actualmente la compañía “Hampden Engineering Corporation”, ésta
construyendo y lanzando al mercado una variedad de módulos de
estudio de máquinas rotatorias, llamadas “Maquinas Universales” que,
de igual manera se utilizan para la docencia y estudio de máquinas
rotatorias en universidades.
Las máquinas universales, cuentan con diversos módulos de
laboratorio, pero al igual que las máquinas generalizadas, están
limitadas por la naturaleza de sus propios diseños.
En las máquinas universales se pueden trabajar, máquinas de
corriente alterna C.A. como por ejemplo: motor de inducción de rotor
devanado, jaula de ardilla y maquina síncrona. Asimismo también se
puede trabajar con máquinas de corriente continua, y en este caso
trabajar con los ejes directo y de cuadratura d-q [6].
1.3. Objetivos generales.
• Se estudió y analizó el diseño, construcción y operación de los
motores trifásicos de inducción de rotor devanado y semi-jaula de
ardilla utilizando las máquinas generalizadas Madwsley y AEI.
• Realizar las pruebas eléctricas en estado permanente conforme
a los manuales existentes [4], normas e información técnica, tanto en
vacío, rotor bloqueado y carga de las dos máquinas generalizadas.
1.4. Objetivos específicos
• Obtención de resultados específicos de las variables
fundamentales de las máquinas generalizadas operando como
motores de inducción como son la corriente, tensión, potencia eléctrica
real, reactiva, aparente y adicionalmente las armónicas, frecuencia y
factor de potencia.
16
• Realización de las pruebas de los arreglos de estator de la
máquina generalizada Madwsley en conexión delta y el propuesto en
conexión estrella.
• En caso de la AEI la realización de pruebas operando en
estado permanente conforme a los alcances permisibles por su
diseño y construcción.
1.5. Justificación
Por el gran uso que actualmente los motores eléctricos tienen en las
diferentes actividades con la industria, como es el caso del transporte
masivo y la industria metal- mecánica se tiene la gran necesidad del
estudio de los parámetros y variables específicas de estas máquinas
como son los motores eléctricos trifásicos de inducción y esto a
conducido a la realización de pruebas eléctricas cada vez con mayor
interés así como su funcionamiento, además de medir la presencia de
las variables específicas como son los armónicos de corriente como
de tensión, así como la frecuencia eléctrica, corriente eléctrica,
tensión y potencias eléctricas en su operación en estado permanente.
1.6. Límites y alcances
Los alcances especificados para estas máquinas en las pruebas
eléctricas, son conforme a sus diseños y construcción específicos,
principalmente para rotor devanado donde varían por el tipo de
construcción de cada máquina generalizada; además de ser máquinas
limitadas por sus potencias eléctricas de diseño y por consiguiente de
sus variables de corriente y tensión eléctrica.
1.7. Aportaciones
Este trabajo de tesis, aporta fundamentalmente el análisis y
conocimiento del funcionamiento de la máquina generalizada
17
Madwsley operando como motor de inducción en conexión en estrella
con rotor devano y semi-jaula, así como su funcionamiento con
conexión en delta en estator especificado en su manual [4].En el caso
de la máquina generalizada AEI su análisis y conocimiento operando
como motor de inducción con la característica de estator en conexión
en estrella y rotor estático conformado por dos devanados diseñados
en cuadratura (90° eléctricos).
Así como la verificación de la utilización de las bobinas de búsqueda
que se encuentran en estator y rotor para los dos tipos de máquinas
generalizadas. Ya que las bobinas o “alambres de búsqueda”,
permiten observar mediante un analizador de potencia trifásico como
el “Power PAD” u osciloscopio las formas de onda fundamentales de la
fuerza electromotriz (fem) inducida tanto en estator como en el rotor de
las dos máquinas durante su operación, y de esta manera obtener
otros parámetros y variables eléctricos intrínsecos directamente
relacionados con su diseño y construcción, como son los armónicos.
1.8. Estructura de la tesis
El capítulo1.- En este capítulo se describe brevemente una
justificación general sobre el tema a desarrollar en la presente tesis el
cual es sobre la utilidad de dos máquinas generalizadas Madwsley y
AEI, y se muestra el planteamiento del problema, los objetivos,
antecedentes, justificación, limites, alcances y capitulado de la tesis.
El capítulo 2.- En este capítulo se aborda la teoría de máquinas
rotatorias convencionales y máquina rotatorias generalizadas,
asimismo se señalan algunas características de las máquinas
universales, las cuales son arreglos de máquinas rotatorias de C.D. y
C.A. vigentes, semejantes a las máquinas generalizadas, que de igual
manera sirven para la experimentación y la docencia en las escuelas
de ingeniería eléctrica.
El capítulo 3.- Este capítulo muestra los diagramas sobre los cuales
se realizaron las pruebas de las máquinas generalizadas Mawdsley y
18
AEI, así como los resultados esperados conforme a manuales e
información existente. Se muestran tablas donde se exponen los
parámetros de vacío y rotor bloqueado, así como los alcances de las
máquinas generalizada Mawdsley y AEI.
El capítulo 4.- En este capítulo se presenta los resultados de las
pruebas realizadas en las máquinas generalizadas Mawdsley y AEI.
Primeramente se observan las curvas obtenidas seguidas
inmediatamente por su tabla de resultados, donde se exponen de
manera desplegada los resultados obtenidos por los equipos de
medición utilizados.
El capítulo 5.- Este capítulo expone las pruebas propuestas para la
máquina generalizada Mawdsley operando como motor de inducción
con conexión en estrella en el estator, así como los diagramas de
conexión, curvas y tablas de resultados.
El capítulo 6.- En este capítulo se muestra las conclusiones finales de
manera general por cada tipo de máquina generalizada, seguida de
recomendaciones.
19
Capítulo 2.-Máquinas Generalizadas Mawdsley y
AEI.
En este capítulo se da una descripción general de las máquinas de
inducción convencionales (motor de inducción), su principio de
funcionamiento, construcción, diseño y utilización. También se
describen con más detalle los dos conjuntos de máquinas
generalizadas utilizadas en la presente tesis.
2.1. Máquinas convencionales rotatorias de corriente alterna
Las máquinas de corriente alterna (C.A.) como generadores síncronos
que transforman la energía mecánica en energía eléctrica y los
motores de inducción que transforman la energía eléctrica a energía
mecánica. Los principios fundamentales delas máquinas de C.A. no
presentan complejidad, no es así en la construcción de las máquinas
rotatorias reales.
Existen dos tipos principales de máquinas de C.A.: las máquinas
síncronas (generador y motor) y las máquinas asíncronas (motores de
inducción). Las máquinas síncronas son motores y generadores tienen
una corriente de campo que produce campo magnético, la cual es
suministrada por una fuente separada de tensión directa al devanado
de campo. A las máquinas de inducción se les suministra una tensión
alterna externa dando origen a la corriente de estator que genera un
campo magnético principal rotatorio dándose la inducción magnética
en los devanados del rotor devanado o jaula de ardilla.
Se tiene que los circuitos de campo de la mayoría de las máquinas
síncronas están en el rotor y en el motor de inducción están
localizados en el estator.
En este apartado se enfocar a principalmente al estudio de la máquina
de inducción la cual se puede utilizar como una máquina de inducción
como motor o generador. En este caso en particular las máquinas de
20
inducción se refieren a los motores de inducción de rotor devanado o
jaula de ardilla.
2.1.1 Construcción del motor de inducción
Un motor de inducción tiene físicamente el mismo estator de una
máquina síncrona [5], pero la construcción del rotor es diferente. Un
estator típico se muestra en la figura 2.1. Hay dos tipos de rotor
dispuestos dentro de una máquina de inducción, el llamado rotor jaula
de ardilla y el rotor devanado.
Figura 2.1. Estator de máquina síncrona
La figura 2.2, muestra dos tipos de rotores, el primero ubicado en la
parte superior de la imagen es un rotor devanado el cual se utiliza en
el motor de inducción, y en la parte inferior de la misma imagen se
encuentra el rotor tipo jaula de ardilla, los cuales a nivel industrial son
los más utilizados con más del 80% respecto a otras máquinas
eléctricas.
21
Figura 2.2. Rotor devanado (A) y rotor tipo jaula de ardilla (B).
Las fases de los devanados del rotor (rotor devanado), generalmente
están conectados en estrella (Y), y los extremos de los tres alambres o
bobinas de búsqueda, están dispuestos en contacto con tres anillos
(anillos rozantes) colocados en el eje del rotor, en estos motores las
corrientes de rotor, son accesibles desde los anillos rozantes, esta
característica, permite modificar la característica par-velocidad.
En el rotor tipo jaula de ardilla, los devanados, son sustituidos por
barras cortocircuitadas en ambos extremos, por anillos que
generalmente tanto barras como anillos están hechos de fundición de
aluminio.
2.1.2. Circuito eléctrico equivalente de un motor de inducción
El circuito equivalente de un motor de inducción es muy similar al de
un transformador, debido a la acción de transformación que ocurre al
inducirse corrientes en el rotor, desde el estator.
En la figura 2.3., se muestra un circuito equivalente transformador, por
fase, y es el mismo que el de un motor de inducción, la resistencia del
estator es R1 y la reactancia de dispersión es X1. E1 es el voltaje
primario del estator, acoplado, al secundario ER mediante un
transformador ideal con relación de vueltas aeff. El voltaje ER producido
en el rotor ocasiona un flujo de corriente en el rotor. RC es el
componente de pérdidas en el núcleo y jXM se refiere a la reactancia
22
de magnetización, RR y jXR son las impedancias del rotor. Por lo tanto,
I1 constituye a la corriente de línea, IM a la corriente de
magnetización.IR es el flujo de corriente en el rotor e I2 es la corriente
de rotor. [5]
Figura 2.3.Modelado de un motor de inducción con estator y rotor, equivalente a un transformador ideal con relación de transformación de 1.
2.1.3 Circuito equivalente final del motor de inducción
Para obtener el circuito equivalente por fase es necesario referir en el
estator, el modelo rotor. Si la relación de vueltas de un motor de
inducción es aeff el voltaje transformado es:
Y las corrientes de impedancia de rotor son:
Y se define:
Se obtiene finalmente el circuito equivalente por fase en la figura 2.4.
23
Figura 2.4. Circuito equivalente por fase en un motor de inducción
2.2. Introducción a las máquinas generalizadas
En el mundo han existido cuatro fabricantes de máquinas
generalizadas, los cuales son: Mawdsley, AEI, BKB y Westinghouse
[7]. En la presente tesis se enfoca en las dos primeras que, son las
que están en existencia en el Laboratorio Pesados II de la ESIME
Zacatenco de la Carrera de Ingeniería Eléctrica.
Estas máquinas fueron diseñadas y fabricadas, con el propósito de
utilizarlas en la docencia e investigación, ya que son diseños
especiales que permiten la revisión de partes, arreglos y experimentos
que, en máquinas convencionales no se pueden realizar.
La composición general de cualquiera de estas máquinas, conlleva por
su naturaleza intrínseca, a la investigación de los fenómenos en las
máquinas eléctricas rotatorias.
Por regla general, las máquinas generalizadas tienen un panel de
conexión frontal, el cual tiene expuesto las bobinas de los devanados,
tanto del estator como del rotor, para que de esta manera la
versatilidad de la máquina, sea máxima respecto a su diseño
particular. La máquina generalizada esta acoplada a una máquina de
24
corriente continua (C.C) de carro o primo motor y a otra máquina de
C.C de menor capacidad que la de carro o primo motor, que puede
funcionar como motor o generador de C.C., similar a una máquina de
C.C. convencional. En el caso de la máquina de carro o primo motor
se puede investigar y experimentar con arreglos de eje directo y eje de
cuadratura d-q. Algunos de los equipos auxiliares son: tacogenerador,
medidor de par, voltmetros, ampermetros y algunos interruptores
termomagnéticos. Estos equipos pueden variar en capacidad
conforme su diseño. En el caso de las máquinas generalizadas
existentes en el laboratorio de la ESIME Zacatenco, los modelos no
cuentan con algunos de estos instrumentos.
2.3. Máquina generalizada Mawdsley
El conjunto completo de la máquina generalizada consiste en una
máquina que tiene en su parte rotatoria en sus extremos anillos
rozantes y un colector de corriente continua y una unidad de medición
de par que en este caso no cuenta con dicho equipo [4]. Además tiene
un tacómetro de corriente alterna, incorporado para la medición de la
velocidad del rotor y su medición es dada en revoluciones por minuto
(R.P.M.). El conjunto de la máquina está diseñado y construido de
manera que ofrece la máxima accesibilidad para fines de
demostración y mantenimiento.
La máquina generalizada y las máquinas de C.C. son acopladas
mecánicamente entre sí y montadas sobre un banco de acero. La
unidad de medición de par es una unidad completamente separada,
que implica que no hay conexiones eléctricas hacia el eje de rotación.
25
Figura 2.5. Muestra la disposición de la máquina experimental Mawdsleyel diseño del panel con terminales especiales.
2.3.1. Descripción de la máquina generalizada Mawdsley
El estator de C.A. de la máquina generalizada tiene un diseño
convencionalmente para 4 polos y 48 bobinas colocadas en 48
ranuras en dos capas [3][4]. Los extremos de todas las 48 bobinas son
llevados a 96 terminales dispuestas simétricamente en cuatro círculos
concéntricos en el panel frontal de conexiones. Así, los devanados del
estator pueden estar conectados, ya sea en forma de 2 fases o 3
fases, también se puede configurar con una interconexión adecuada
de las bobinas, para obtener diferentes números de polos.
La relación física entre la posición de los lados de la bobina y la
disposición de las terminales se ilustra en la figura 2.6. Los 48 lados
de la bobina de color rojo están en las ranuras que se muestran y los
finales o extremos de estas bobinas están conectados a las terminales
de color rojo; los lados de la bobina de color verde se conectan a las
48 terminales de color verde. La posición de la ranura N º 1 está
claramente marcada en el exterior del estator para fines de referencia.
26
Las bobinas individuales de búsqueda son proporcionadas, las cuales
están instaladas en el estator en las ranuras l, 7, 9, 12 y 13. Con este
arreglo en las bobinas se puede medir el campo producido. Estas
tienen un fusible en serie por cada bobina de 1 ampere.
El rotor de la máquina generalizada fue diseñado como una maquina
convencional de 4 polos con un bobinado en las 36 ranuras, aunque
también puede funcionar como una máquina de dos polos a 3600
revoluciones por minuto (R.P.M). Este bobinado cuenta con conjuntos
de seis y cuatro terminales de conexión simétricas, dos de las
terminales son comunes a los dos conjuntos. Para conectar estas
terminales, se encuentra un selector circular colocado en el rotor y se
une a través de una conexión del rotor mediante tornillos entre los
anillos y el devanado, por consiguiente para cuatro anillos rozantes
hay cuatro terminales de cuadratura, o para tres anillos rozantes con
un devanado de 3 fases 2 polos hay tres terminales, o como en un
devanado de 3 fases 4 polos habrá tres. También se pueden realizar
diversas conexiones asimétricas.
Figura 2.6. Diagrama descriptivo de la configuración del devanado de doble capa.
27
Figura 2.7.Esquema descriptivo de la máquina generalizada Mawdsley e interconexión de la terminales en al panel de control frontal.
Las bobinas de giro simples del rotor pueden ser conectadas a otros
dos anillos colectores a través del selector de conexión del rotor de
manera que dan una opción de búsqueda de paso bobina, en las
ranuras 1, 4, 6 y 9. Se encuentra un fusible en la conexión externa a
uno de estos anillos rozantes.
El colector, que tiene 144 segmentos, está equipado con dos
conjuntos de engranajes de escobillas para diverso fines de
investigación de eje directo y eje de cuadratura d-q además cuenta
con un par de escobillas de búsqueda.
28
El conjunto de doce escobillas es similar al conjunto de escobillas de
balanceo de un motor Schrage. Las conexiones a las doce escobillas
se llevan al panel terminal. Una placa graduada se proporciona como
referencia para la medición del desplazamiento entre pares de
escobillas, dicha graduación puede ser convertida a una unidad, con el
fin de indicar la posición del conjunto de escobillas.
Un segundo conjunto de cuatro escobillas de cuadratura, puede ser
accionado alrededor del conmutador a velocidades de hasta 1500 rpm
por medio de un motor del carro radial. Las escobillas pueden ser
bloqueadas alternativamente, en cualquier posición deseada, esta
posición se indica mediante una escala de segundos. Las conexiones
de las terminales de estas escobillas son conectadas en el panel a
través de los anillos colectores.
Un soporte de escobillas, con un par de escobillas de búsqueda,
puede ser sustituido por cualquier par de escobillas rotativo. Las
escobillas de búsqueda tienen un paso variable de 0-5 segmentos
conmutando y se puede utilizar para medir el voltaje entre los
segmentos en todos los puntos alrededor de la periferia del colector. Si
las escobillas son accionados a una velocidad lenta, se puede
conseguir registros oscilo-gráficos.
Para una mayor escala de medición del ángulo de carga se une el
selector a la conexión del rotor, lo que permite que la posición angular
del rotor se determine por medio de un estroboscopio ordinario. Todas
las escalas se calibran en grados en lugar de grados eléctricos. Desde
el devanado del estator se puede conectar un número de polos
diferente.
Se ha colocado para poner en cortocircuito a todas las delgas del
colector un anillo diseñado especialmente. Esto produce un devanado
semi-jaula de ardilla, que responde a los diferentes números de polos
que pueden ser producidos por el devanado del estator.
La potencia nominal de la máquina generalizada en configuración 3
fases 4 polos, 50 c/s en el motor de inducción es de 4 H.P. a 240 V por
29
fase y 1450 rpm. La máquina sin embargo podrá soportar sobrecargas
severas del tipo que tienen lugar en laboratorios de enseñanza y el
aislamiento ha sido tratado de la forma que una temperatura máxima
de 110°C no lo pueda dañar, estas lecturas fueron tomadas a una
bobina medida por un termopar localizado en el estator y la factibilidad
de un termómetro de mercurio localizado en forma externa
2.3.2. La máquina de C.C.
La máquina de C.C. puede ser o bien una máquina estándar o de
balance de dinamómetro tal como se utiliza en varios otros conjuntos
de máquinas educacionales Mawdsley. El marco del dinamómetro
lleva el sistema de campo y está montado en los cojinetes del muñón
de pedestal. Un brazo de torsión con un enlace sencillo está
conectado a un radio de 0,25 metros y a una balanza de resorte
calibrada en Newton. El movimiento del bastidor basculante está
limitado por topes por encima y por debajo del brazo de torsión.
Los cojinetes de muñón pedestal y equipos asociados, que permitan a
la máquina estándar convertirse en forma de dinamómetro se puede
aplicar en cualquier momento.
2.3.3. Unidad de medición de par
La unidad de medición par, es una versión especialmente desarrollada
del anillo de parpara la medición y patentado por ASEA [3], que
permite la medición precisa tanto de régimen permanente y pares
transitorios que se presenten en las diferentes pruebas. El
funcionamiento del anillo par depende del hecho de que en un eje
sometido a esfuerzos de torsión produce cambios en la permeabilidad
del eje en planos de un ángulo de 45° con respecto al eje del árbol. A
diferencia de otros dispositivos de medición de par que utilizan el
mismo efecto que el anillo de par no requiere anillos colectores y por lo
tanto un factor que a menudo puede causar efectos indeseados se
elimina.
30
2.4. Máquina generalizada AEI
El conjunto de la máquina eléctrica generalizada AEI fue planeado en
1959 y diseñado a principios de 1960 sobre todo para nuevos cursos
educativos, brindándote las características que tiene la máquina con el
propósito principal de facilitar una serie de experimentos, realizados en
un tiempo promedio de dos horas y media a tres horas. Con los cuales
podrás comprender el proceso de conversión de energía
electromecánica. El diagrama del panel grabado bajo-relieve es un
acompañamiento casi imprescindible. El panel es también de gran
valor para un trabajo más avanzado. Como se puede ver en la figura
2.8.
Figura 2.8. Máquina generalizada AEI
Todos los devanados de las máquinas que integran el equipo se
muestra en la figura 2.8, que es para la simplicidad, y comodidad con
la convención habitual, dibujada como si la máquina generalizada
tuviera dos polos, mientras que en realidad tiene cuatro.
31
2.4.1. Descripción de la máquina generalizada AEI.
El rotor lleva en las mismas ranuras un devanado cerrado
(conmutador) y uno de 3 fases separadas en forma de red y bobinas
de tensión conectadas en estrella. El devanado cerrado tiene cuatro
tomas a 90 ° y tres en 120 ° (siendo una toma común) las tomas de 90
° o de 120 °, o la bobina conectada en estrella, pueden estar unidas a
los anillos colectores en un extremo de la máquina mediante el
establecimiento de una 3ra posición del disco en la conexión del rotor.
El Conmutador lleva dos conjuntos de escobillas, teniendo cada
conjunto cuatro escobillas en 90 °. Uno gira continuamente, ya que
está conectado a cuatro anillos colectores en el otro extremo a través
de un fusible pequeño extraíble, montando clips en el disco de rotor-
conexión.
Figura 2.9. Diagrama eléctrico, devanados y disposición de la máquina AEI [4]
32
El estator tiene dos devanados distribuidos en cuadratura y espacio.
Cada bobinado es de deslizamiento, en cuatro secciones idénticas
para la conexión en serie, paralelo-serie, o en paralelo. Con tales
conexiones cuando se lleva la misma corriente que el inducido, el
devanado del estator produce 200, 100 o 50% de la f.m.m. del
inducido, el estator también lleva cinco bobinas de búsqueda que van
de extremo a extremo de las ranuras espaciadas de un campo de
ranura a lo largo de un paso polar aparte. Así, con una sola vuelta de
bobina, se puede conseguir una amplia gama de resultados según la
configuración de la máquina.
El rotor de la máquina generalizada está acoplado a motor de carga de
C.C. a través del nuevo diseño transitorio de torqui-metros. El par del
eje del motor de carga de la máquina generalizada se transmite a lo
largo de un tubo de acero que está magnetizado circunferencialmente
por un devanado toroidal, alimentado a partir de anillos deslizante
sobre 1000c/s. El efecto de torsión sobre las propiedades magnéticas
del tubo es para que el flujo que esté pasando previamente en círculos
concéntricos alrededor del eje de rotación, el cual toma un recorrido en
espiral, sea así el componente que aparece en el espacio alrededor
del tubo. Una bobina estacionaria rodea el tubo giratorio inducido en
ella una tensión estrechamente proporcional al par. Los aparatos
asociados dan una lectura directa del par de torsión, que también
puede ser registrado, bajo condiciones estables y transitorias, con un
registrador de pluma, o con una combinación de osciloscopio y
cámara. (Una cámara instantánea capaz de desarrollo propio film es
útil.) La frecuencia de excitación elegida es tal, que de la duración
esperada de transitorios pueden ser grabados con una precisión
razonable. La ausencia de anillos deslizantes "en el circuito C.C. evita
problemas de ruido. El medidor de par se calibra fácilmente mediante
la inserción de una barra de bloqueo y una barra de torsión en los
pernos de los acoplamientos y mediante el uso de una balanza de
resorte.
Cuando la máquina generalizada está en funcionamiento como
máquina síncrona de C.A. El ángulo de la carga es observado por un
33
estroboscopio: una lámpara, la escala y cuatro flechas de rotación de
un disco fijado al rotor, están disponibles en el extremo de la máquina
generalizada acoplada al medidor de par y a la máquina de carga.
El rotor de la máquina generalizada puede ser fijado en diferentes
posiciones, al gira una rueda de mano de manera que los devanados
del rotor se encentren en cualquier ángulo deseado para los
devanados del estator. El ángulo se indica en la escala del
estroboscopio por una de las flechas (marcadas). Esta actividad es útil
en estudios relacionados con la inductancia mutua, respecto al ángulo
de los devanados, y el torque del ángulo entre devanados excitados.
La máquina de C.C. que se utiliza para la conducción o la carga de la
máquina generalizada, es de diseño convencional. Un devanado de
serie reversible está incluido y es a menudo útil para mejorar la
estabilidad, cuando la carga de una máquina generalizada está
conectada. Es útil para obtener un registro continuo del ángulo de
carga durante el funcionamiento sincrónico de la máquina
generalizada, incluyendo los períodos de pérdida de sincronismo y el
volver a sincronizar. Un pequeño motor de corriente continua con
reductor derivado acciona el engranaje continuamente giratorio de
escobillas, la velocidad se indica mediante un generador de tacómetro
de C.C.
El propósito principal de la máquina educativa generalizada es el de
estudiar los fundamentos de conversión de la energía electromecánica
y en segundo lugar, es para ilustrar los fundamentos básicos al
funcionar en varios modos, como los diferentes tipos de máquinas
eléctricas. Sin embargo, sí su rendimiento debe ser característico es
una ventaja evidente, en particular para un trabajo más avanzado en
sus varias configuraciones, tal vez utilizando los recursos
proporcionados para el estudio de la operación en condiciones
transitorias.
Los arreglos de máquinas rotatorias que se pueden realizar con las
maquinas generalizadas son diversos tanto en C.C. como para C.A.
34
En la figura 2.10. Se muestran los diversos arreglos que se pueden
obtener con la máquina generalizada AEI. [9]
Figura 2.10. Arreglos para el funcionamiento de la maquina generalizada AEI. [9]
35
Figura 2.10´.Arreglos para el funcionamiento de la maquina generalizada AEI.
36
Los siguientes cuatro arreglos se pueden hacer con las dos máquinas
generalizadas (AEI y Mawdsley) para cuatro y dos polos
respectivamente [9].
Figura 2.11. Arreglos para maquinas generalizadas AEI y Mawdsley (síncronas y asíncronas)
37
2.5. Especificaciones y características de las maquinas
generalizadas Mawdsley y AEI.
Como es de esperarse, también en las máquinas generalizadas nos
encontramos con limitaciones en su utilidad ya que cuentan con una
construcción y diseño especifico.
A continuación en la siguiente tabla mostramos las características y
especificaciones con las que cuenta cada una de ellas. [9]
Tabla 2.1. Características y especificaciones de las máquinas generalizadas AEI, Mawdsley Maquinas Generalizadas
Devanados
Estator Rotor
AEI Mawdsley AEI Mawdsley N° de polos 4 2 y 4 4 2 y 4
Tipo 2 fases /2ejes,
distribuido
Doble capa 48 bobinas
separadas con 96
terminales 2-3Ø
3 fases
estrella
Ondulado
cerrado
Imbricado cerrado
N° de ranuras 32 48 24 36
Paso de
bobina
75% 100% 83.3% 100% 100%
N° de
circuitos en
paralelo
1,2,4 Seleccionar 1 2 2,4
Resistencia
ohmica en frio
0.21Ω(4 secciones en
serie)
0.47Ω/fase 0.10Ω
Inductancia
total
0.027H (4 secciones en
serie)
33 Henries por eje 0.10H/fase 0.0054H 0.058H (Taps a 180
eléctricos)
Corriente
continua
27 amperes/sección 14A 45A 18 A
Voltaje en
C.C.
60v-1500
RPM
90v-2500 RPM
Voltaje a 50
c/s
21 volts/sección 220/250 volts fase (3
fases en delta)
220V 40V
Devanados
auxiliares
No cuenta No cuenta No cuenta No cuenta
Bobinas
exploratorias
5 conductores
exploratorios
espaciados desde un
paso de ranura, hasta
un paso polar.
Conductores
exploratorios en la parte
superior de las ranuras 1,
7, 9, 12 y 13
constituyendo varias
bobinas de paso variable.
Conductor exploratorio Conductores
exploratorios
formando bobinas de
paso variable en las
ranuras 1, 2, 7, 11.
38
39
Capítulo 3.- Diagramas y Pruebas Eléctricas
Proporcionadas de las Máquinas Generalizadas
Mawdsley y AEI
Este capítulo muestra los diagramas eléctricos y esquemáticos, así
como los resultados esperados, límites y recomendaciones por parte
del fabricante para realizar de manera segura las pruebas en la
máquina generalizada Mawdsley.
Claro está que estos límites están diseñados para una alimentación de
50 Hz. Por lo que los resultados de las pruebas diferirán en proporción
a nuestro sistema de generación eléctrica de 60 Hz.
En los siguientes sub-capítulos, se muestran las características de
cada prueba, así como los resultados especificados, diagramas y
esquemas de conexión, por lo que el fabricante sugiere la forma de
cómo realizar las pruebas, tomando sus límites y alcances.
3.1. Diagrama y resultados especificados de las pruebas
realizadas en la máquina Mawdsley como motor de inducción de 2
polos con conexión doble delta con bobinas en paralelo
- Datos específicos para la práctica [4]
Suministros
3-P fases. 200-240 V, 30 A, 50-60 c.p.s. Valores de línea.
*Para la máquina de trabajo en corriente continua ver la página 14 del
manual del estudiante [3].
Equipo a utilizar
Regulador de tensión 3-P fases. 0-200, 240V, 8A., como se muestra
en la figura 3.1.
Resistencia del rotor como se muestra en la figura 3.1.
40
Para la operación Semi-jaula de ardilla.
Atornillar firmemente el anillo de contra las delgas del conmutador del
rotor de la máquina generalizada Mawdsley. El arranque a plena
tensión es permisible. La velocidad de la máquina se puede controlar
en cualquier valor si la máquina de trabajo de C.C.es auxiliado por un
conjunto Ward Leonard. Un conjunto Ward Leonard, es un banco que
cuenta con máquinas fraccionales, guarda-motores que conjuntamente
sirven para el arranque y control de velocidad de máquinas de C.C. y
C.A. En el Laboratorio Pesado II de la ESIME Zacatenco se cuenta
con varios conjuntos en el laboratorio de máquinas fraccionales, pero,
específicamente en laboratorio de la sección de graduados (donde se
encuentran las máquinas generalizadas), no se cuenta con éste
conjunto, por lo que la velocidad de la máquina de C.C. se tendrá que
controlar por otros medios, como, variación de velocidad por excitación
separada.
- Experimentos:
Características de carga (Ver resultados en la tabla 3.1).
El efecto de variar la resistencia del circuito del rotor en el arranque,
así como su aceleración, se verán reflejados como aceleración en el
desempeño dinámico de frenado del estator y rotor, los efectos varían
de frecuencia-inducción según sus conexiones.
Instrucciones especiales: Consulte instrucciones generales página14
del manual del estudiante [3].
• Conectar el circuito interno como se muestra en la figura 3.3.
• Conectar circuito externo, como se muestra en la figura 3.4.
• Para una operación semi- jaula de ardilla véase más adelante.
Límites recomendados: La corriente nominal del estator a plena carga
de línea es de 8 A. Este valor puede excederse por periodos cortos de
tiempo.
41
Notas: La operación del rotor. El inicio a plena tensión con rotor en
corto circuito se debe evitar, ya sea de una resistencia de rotor simple,
similar a la especificada en la figura 3.1. O la tensión de alimentación
debe reducirse a 25% del valor nominal.
Figura 3.1. Diagrama para conexión del arrancador para la máquina Mawdsley modo motor de inducción de 2 y 4 polos [4]
42
La tabla 3.1. Muestra los resultados esperados recomendados por el
fabricante, para la prueba del motor de 2 polos de rotor devanado y
semi-jaula de ardilla.
Tabla 3.1. Resultados especificados de las pruebas de la máquina Mawdsley de 2 polos de rotor devanado y semi-jaula de ardilla [4].
Voltaje
de
línea
VL [V]
Corriente
de línea
IL [A]
Potencia
de
entrada
[W]
Factor
de
potencia
Velocidad
R.P.M
Torque
[N/m]
Potencia
[HP]
Eficiencia
[%]
Rotor
devanado
Sin carga 240 2.9 560 .47 2970 0 0 0
Carga
máxima 240 7.7 2920 .91 2860 7.6 3.0 76.6
Rotor
bloqueado 47 7.7 420 .67 0 - 0 0
Semi-
jaula de
ardilla
Sin carga 240 2.35 480 .49 2980 0 0 0
Carga
máxima 240 7.82 3110 .95 2880 7.5 3.03 72.6
Rotor
bloqueado 31 7.82 240 .57 0 - 0 0
Los resultados mostrados en la tabla, fueron concebidos realizando las
pruebas a una frecuencia de 50 Hz.
43
Figura 3.2. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 2 polos [4]
44
3.2. Diagrama y resultados especificados de la prueba de la
máquina Mawdsley como motor de inducción de 4 polos,
conexión doble delta con bobinas en paralelo
- Datos específicos para la práctica [4]
Suministros
3-P fases. 200-240 V, 30 A, 50-60 c.p.s. Valores de línea.
*Para la máquina de trabajo en corriente continua ver la página 14 del
manual del estudiante [3].
Equipo a utilizar
Regulador de tensión 3-P fases. 0-200, 240V, 15A., como se muestra
en la figura 3.3.
Resistencia del rotor como se muestra en la figura 3.3.
Para la operación Semi- jaula de ardilla.
Atornillar firmemente el anillo de cortocircuito al conmutador contra el
colector. El arranque a plena tensión es permisible. La velocidad de la
máquina se puede controlar en cualquier valor si la máquina de trabajo
de C.C. es auxiliada con un conjunto Ward Leonard.
- Experimentos
Características de carga (Ver resultados más adelante).
El efecto de variar la resistencia del circuito del rotor en el arranque,
así como su aceleración, se verán reflejados como aceleración en el
desempeño dinámico de frenado del estator y rotor, los efectos varían
de frecuencia-inducción según sus conexiones.
45
Instrucciones especiales: Consulte Instrucciones Generales pagina14
del manual del estudiante [3].
• Conectar el circuito interno como se muestra en la figura 3.3.
• Conectar circuito externo, como se muestra en la figura 3.4.
• Para una operación semi- jaula de ardilla véase más adelante.
Límites recomendados: La corriente nominal del estator a plena carga
de línea es de 11 A. Este valor puede excederse por periodos cortos
de tiempo.
Notas: La operación del rotor. El inicio a plena tensión con rotor en
cortocircuito se debe evitar, ya sea de una resistencia de rotor simple,
similar a la especificada en la figura 3.1. La tensión de alimentación
debe reducirse al 25% del valor nominal.
La tabla 3.2. Muestra los resultados especificados de la prueba del
motor de 4 polos, recomendados por el fabricante, tanto para motor
rotor devanado y semi-jaula de ardilla.
46
Tabla 3.2. Resultados especificados de las pruebas de la máquina Mawdsley de 4 polos de rotor devanado y semi-jaula de ardilla [4]
Voltaje
de
línea
VL [V]
Corriente
de línea
IL [A]
Potencia
de
entrada
W!+W2
[W]
Factor
de
potencia
Velocidad
R.P.M
Torque
[N/m]
Potencia
[HP]
Eficiencia
[%]
Rotor
devanado
Sin carga 240 4.2 340 .195 1494 0 0 0
Carga
máxima 240 8.2 2600 .765 1380 15 2.9 83
Rotor
bloqueado 53.5 8.2 400 .53 0 2 0 0
Semi-
jaula de
ardilla
Sin carga 240 4.1 375 .22 1495 0 0 0
Carga
máxima 240 10.3 3500 .82 1435 20 4.03 85.9
Rotor
bloqueado 53.5 10.3 420 .44 0 1 0 0
*Los resultados mostrados en la tabla, fueron realizados bajo pruebas
a una frecuencia de 50 Hz.
47
Figura 3.4. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 4 polos [4]
48
3.3. Diagramas y resultados especificados de la máquina
Mawdsley como motor de 6, 10, 12 y 14 polos, conexión doble
delta con bobinas en serie
- Datos específicos para la práctica [4]
Suministros
3-P fases. 200-240 V, 30 A, 50-60 c.p.s. Valores de línea.
*Para la máquina de trabajo en corriente continua ver la página 14 del
manual del estudiante [3].
Equipo a utilizar
Regulador de tensión 3-P fases. 0-200, 240V, 8A., como se muestra
en la figura 3.5.
Resistencia del rotor como se muestra en la figura 3.3.
Para la operación Semi-jaula de ardilla.
Atornillar firmemente el anillo de cortocircuito al conmutador contra el
colector. El arranque a plena tensión es permisible. La velocidad de la
máquina se puede controlar en cualquier valor si la máquina de trabajo
de C.C. se suministra con un conjunto Ward Leonard.
- Experimentos
Características de carga (ver resultados más adelante).
El efecto de variar la resistencia del circuito del rotor en el arranque,
así como su aceleración, se verán reflejados como aceleración en el
desempeño dinámico de frenado del estator y rotor, los efectos varían
de frecuencia-inducción según sus conexiones.
Límites recomendados
En los modos que implican un alto número de polos, se debe prestar
especial atención a la temperatura de funcionamiento de la máquina.
49
La temperatura de los devanados del estator no debe exceder los
110º C, medido por el termopar.
Instrucciones especiales: Consulte Instrucciones Generales página14
del manual del estudiante [3].
Conectar el circuito interno como se muestra en la figura 3.5., 3.6.,
3.7., y 3.8., para 6, 10 12 y 14 polos respectivamente.
Conectar circuito externo como se muestra en la figura 3.5.Atornillar
firmemente el anillo cortacircuitos al conmutador.
Notas: Directo en la línea de salida se permite en cada caso. La
velocidad del conjunto se puede realizar en cualquier valor, si la
máquina de trabajo de C.C.es suministra desde un conjunto Ward-
Leonard. Estos números de polos funcionales por polo y por fase de
disposición de bobinado, y las agrupaciones de bobina que se
muestran en los diagramas de conexión internos han sido elegidos
para dar una buena distribución de f.m.m. Otras disposiciones se
pueden idear pero en cada caso el diagrama debe obtenerse antes de
la conexión de la máquina.
La tabla 3.3., muestra los resultados especificados de la pruebas de,
los motores de 6, 10, 12 y 14 polos recomendados por el fabricante
para motores semi-jaula de ardilla.
50
Tabla 3.3. Resultados especificados de las pruebas de la máquina Mawdsley de 6, 10, 12 y 14 polos semi-jaula de ardilla [4]
Voltaje
de
línea
VL [V]
Corriente
de línea IL
[A]
Potencia
de
entrada
W1+W2
[W]
Factor
de
potencia
Velocidad
R.P.M
Torque
[N/m]
Potencia
[HP]
Eficiencia
[%]
6 polos
Sin
carga 240 4.6 350 .18 995 0 0 0
Carga
máxima 240 5.2 1095 .51 965 7.4 1 68
10
Polos
Sin
carga 180 10.2 1000 .32 596 0 0 0
Carga
máxima 180 10 1600 .51 513 13.9 1 47
12
Polos
Sin
carga 240 11.8 1300 .27 497 0 0 0
Carga
máxima 240 11.4 2050 .43 465 14.3 .93 34
14
Polos
Sin
carga 140 11.5 1200 .43 423 0 0 0
Carga
máxima 140 11.3 1450 .53 333 10.7 .50 26
*Los resultados mostrados en la tabla, fueron realizados bajo
pruebas a una frecuencia de 50 Hz.
51
Figura 3.5. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 6 polos [4]
52
Figura 3.6. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 10 polos [4]
53
Figura 3.7. Diagrama de conexión en el tablero para motor de 12 polos [4]
54
Figura 3.8. Diagrama de conexión en el tablero para motor 14 polos [4]
55
3.4. Diagrama distribuido de la prueba de doble delta para la
conexión de las bobinas en paralelo, 2 polos, Máquina Mawdsley.
A continuación se específica la configuración del devanado del estator
de la prueba de doble delta con bobinas en paralelo, 2 polos, máquina
generalizada Mawdsley. También se explica la conexión y se
proporciona el esquema para su fácil entendimiento.
Figura 3.9. Diagrama de distribución para la conexión de doble delta con bobinas en paralelo, 2 polos, máquina Mawdsley.
56
Figura 3.10. Analogía de la formación de polos, de un motor monofásico de fase partida de 4 polos.
En la figura 3.10.Se observa cómo es que se forman los polos en una
máquina monofásica, de tal manera que se tiene en la primer bobina
de izquierda a derecha, y suponiendo que todos los arrollamiento son
hacia el mismo sentido, en este caso sentido horario“ ”, la corriente ”,
entra por inicio formando de esta manera un polo norte “N”, mientras
que en la segunda bobina la corriente “ ”entra por final y sale por
inicio, formando un polo sur “S” y así sucesivamente. En este ejemplo,
vemos que es un arrollamiento para 4 polos.
Conociendo esto, se puede entender la configuración de las deltas en
paralelo, serie y de cualquier máquina, ya que esto es fundamental
para el adecuado funcionamiento de cualquier máquina rotatoria.
Como demostración del cumplimiento de lo anterior, se observa en la
figura 3.13. para la fase 1 “F1” que, teniendo en cuenta que los bornes
marcados con los números 1 y 25 son los inicios de bobina y los
bornes marcados con los números 20 y 44 son los finales de bobina,
para sus respectivas bobinas. Se observa que la corriente entra para
la bobina superior en el borne “1” formando así un polo norte, mientras
que en la bobina inferior la corriente entra por el borne “44” formando
así un polo sur cumpliendo con el apartado anterior y de esta manera
alternando el campo magnético giratorio.
57
Figura 3.11 Diagrama sintetizado para la conexión de doble delta con bobinas en paralelo, 2 polos, máquina Mawdsley.
La figura3.12. Es un diagrama sintetizado de la figura 3.11., y se
puede observar mejor la conexión de las deltas.
Figura 3.12. Diagrama distribuido del diagrama sintetizado conexión de doble delta con bobinas en paralelo, 2 polos, máquina Mawdsley.
58
La figura, 3.13., muestra de manera horizontal la conexión para la
doble delta con bobinas en paralelo. 2 polos, de esta manera se
aprecian de manera adecuada la alimentación y la conexión.
Figura 3.13.Analogíade la figura 3.12.
También, de manera convencional, se muestra en la figura 3.13., la
representación de la doble delta con el arreglo de bobinas en paralelo.
59
3.5. Diagramas utilizados para las pruebas en la máquina
generalizada AEI como motor de inducción
La figura siguiente, muestra la conexión de la máquina AEI para la
prueba con carga con los devanados en ejes directo y cuadratura
cerrados.
Figura 3.14. Diagrama de conexión para el motor de inducción AEI de rotor devanado con bobinas en cuadratura.
60
La figura siguiente, muestra la conexión de la máquina AEI para la
prueba con carga con uno de los devanados en eje abierto para la
medición de voltaje y el otro cerrado para la medición corriente
Figura 3.15. Diagrama de conexión para motor de inducción AEI
61
Capítulo 4.-Variables eléctricas obtenidas de las
máquinas generalizadas Mawdsley conexión delta
y AEI conexión estrella.
En este capítulo se expondrán los resultados de las prueba realizadas
en la máquina generalizada Mawdsley y AEI, funcionando como motor
de inducción de rotor devanado y semi-jaula de ardilla para la máquina
Mawdsley, para la máquina AEI funcionando como motor de inducción
de rotor devanado con bobinas en cuadratura. Se expondrán solo
unas cuantas curvas extraídas del analizador de potencia trifásico
“Power PAD” como ilustración de las pruebas, sus consecuentes
resultados de las pruebas se vaciaran en tablas para el mejor manejo
de la información.
Estas pruebas, se realizaron de la siguiente manera:
1. Prueba en vacío; en estos experimento se arrancó la máquina
como rotor devanado y después como semi-jaula de ardilla, de
acuerdo a la configuración recomendada en el manual de la máquina
[3 y 4], asimismo se tomaron las lecturas arrojadas para compararlas
con los resultados esperados según el manual [3 y 4]. Las pruebas de
rotor devanado y semi-jaula de ardilla solo se realizaron en la prueba 4
polos, y en la prueba de 2 polos se trabajó únicamente como rotor
devanado, las pruebas de 6, 10 y 12 polos se trabajaron únicamente
como semi-jaula de ardilla.
2. Prueba con carga; en estos experimentos, una vez terminada la
prueba de vacío o carga mínima, en cada prueba según su número de
polos, se le fue agregando carga, basándose en el manual de la
máquina, para de esta manera no dañar la máquina [3 y 4].
62
4.1. Pruebas en la máquina generalizada Mawdsley como motor
de inducción
4.1.1. Resultados para la configuración en 2 polos
4.1.1.1 Pruebas de rotor bloqueado y en vacío, máquina generalizada Mawdsley, 2
polos con conexión doble delta con bobinas en paralelo.
Las siguientes tablas muestran los resultados de las pruebas de rotor
bloqueado y operación en vacío respectivamente
Tabla 4.1. Prueba de rotor bloqueado, máquina Mawdsley, 2 polos Posición Tensión L-L
[V]
Corriente
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Frecuencia
[Hz]
[F.P.]
1 10.218 2.857 24 43 51 60 0
2 15.870 4.445 57 107 123 60 0
3 22.041 6.370 11 211 240 60 0
4 27.979 8.276 185 353 401 60 0
5 28.850 8.540 193 368 418 60 0
Los datos de ésta tabla muestran los valores de una fase, ya que es
un sistema balanceado, en caso de encontrarse alguna discrepancia o
situación se anotara y denotara para su análisis.
63
Figura 4.1. Resultados de la prueba con rotor bloqueado, máquina generalizada Mawdsley, 2 polos
Tabla 4.2. Prueba operando en vacío, máquina Mawdsley, 2 polos Posición Tensión L-L
[V]
Corriente
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Frecuencia
[Hz]
[F.P.]
1 20.616 5.952 99 187 214 60 .435
2 56.764 17.176 391 150 419 60 .592
3 96.908 2.722 395 192 440 60 .898
4 137.613 2.386 426 344 549 60 .777
5 178.135 2.302 466 568 736 60 .632
6 216.949 2.643 510 874 1013 60 .507
7 240.956 2.812 537 1084 1213 60 .447
Los datos de ésta tabla muestran los valores de una fase, ya que es
un sistema balanceado, en caso de encontrarse alguna discrepancia o
situación se anotara y denotara para su análisis.
0
5
10
15
20
25
30
35
2.857 4.445 6.37 8.276 8.54
Vo
lts
Tensión vs Corriente
A
64
Figura 4.2. Resultados operando en vacío máquina generalizada Mawdsley, 2 polos
0
50
100
150
200
250
300
5.952 17.176 2.722 2.386 2.302 2.643 2.812
Vo
lts
Tensión vs Corriente
A
65
4.1.1.2. Prueba de vacío de la máquina generalizada Mawdsley, funcionando como
motor de inducción de rotor devanado de 2 polos, conexión doble delta con
bobinas en paralelo, en estado permanente.
La figura 4.3., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.3. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
66
La figura 4.4., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.4. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
67
La figura 4.5., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.5. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
68
4.1.1.3. Prueba con carga máxima de la máquina generalizada Mawdsley,
conexión doble delta con bobinas en paralelo funcionando en estado permanente,
2 polos.
La figura 4.6., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.6. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
69
La figura 4.7., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.7. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
70
La figura 4.8., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.8. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
71
La siguiente tabla, muestra los resultados obtenidos en el estator de la
máquina generalizada Mawdsley, de la prueba desde el vacío hasta
una carga máxima, dos polos en estado permanente.
Tabla 4.3. Resultados de la prueba de vacío hasta una carga máxima de 8 A, 2 polos de rotor devanado.
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V] Iarm [A]
Vacio 128.55 220.54 2.85 463 931.6 1041 3560 .444 0 0
Carga 1 A 128.50 221.96 3.15 684 935.9 1161 3520 .589 214.7 0.64
Carga 3 A 128.20 221.30 4.1 1086 969 1457 3500 .746 213.7 2.15
Carga 6 A 127.45 219.60 5.17 1742 1064 2042 3450 .853 211.9 4.34
Carga 7 A 127.60 220.03 6.1 2030 1122 2320 3410 .875 218.4 5.29
Carga 8 A 127.50 219.54 6.79 2303 1187 2590 3390 .889 220.6 6.07
72
4.1.2. Resultados para la configuración en 4 polos
4.1.2.1. Prueba al vacío en la máquina generalizada Mawdsley conexión doble
delta con bobinas en paralelo, funcionando como motor de inducción de rotor
devanado en estado permanente, de 4 polos.
La figura 4.9., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.9. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
73
La figura 4.10., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.10. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
74
La figura 4.11., muestra las formas de onda de corriente de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.11. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
75
4.1.2.2. Prueba con carga 4 A en la máquina generalizada Mawdsley conexión
doble delta con bobinas en paralelo, funcionando como motor de inducción semi-
jaula de ardilla en estado permanente, 4 polos.
La figura 4.12, muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.12. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
76
La figura 4.13., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.13. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
77
La figura 4.14., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.14. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
78
En la tabla 4.4.muestra los resultados obtenidos en el estator de la
máquina generalizada Mawdsley, de la prueba desde el vacío hasta
carga máxima de cuatro polos en estado permanente, de rotor
devanado. Mientras que la tabla 4.5., muestra los resultados pero
como semi-jaula de ardilla.
Tabla 4.4. Resultados de la prueba de vacío hasta carga máxima de 4A, rotor devanado 4 polos.
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 129.18 223.04 4.75 268.6 1850 1869 1760 .143 15.07 .19
Carga 2 A 129.51 223.65 5.23 678.9 1859 1979 1720 .343 211.4 1.40
Carga 4 A 128.65 222.01 5.83 1078 2148 2403 1600 .448 211.3 2.85
79
Tabla 4.5. Resultados de la prueba de vacío hasta carga máxima de 4A, semi-jaula de ardilla 4 polos.
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 129.18 222.4 4.83 262.8 1833 1853 1780 .141 13.9 .17
Carga 2 A 128.79 221.91 5.13 668.3 1825 1945 1780 .344 209.9 1.38
Carga 4 A 128.87 221.96 5.52 1090 1861 2157 1780 .505 215.9 2.91
Carga 6 A 128.44 221.40 6.21 1515 1894 2426 1780 .624 215.6 4.43
Carga 8 A 127.8 220.61 7.44 1961 1961 2773 1780 .707 216.6 5.93
Carga 10 A 127.74 220.46 8.61 2393 2029 3137 1720 .762 215.1 7.41
Carga 12 A 126.97 219.32 9.34 2892 2142 3599 1710 .804 215.8 8.93
80
4.1.3. Resultados para la configuración en 6 polos
4.1.3.1. Prueba en vacío de la máquina generalizada Mawdsley conexión doble
delta con bobinas en serie funcionando como motor de inducción semi-jaula de
ardilla en estado permanente, de 6 polos.
La figura 4.15., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.15. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
81
La figura 4.16., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.16. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
82
La figura 4.17., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.17. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
83
4.1.3.2. Prueba con carga de 10 A en la máquina generalizada Mawdsley conexión
doble delta con bobinas en serie funcionando como motor de inducción semi-jaula
de ardilla en estado permanente, 6 polos.
La figura 4.18., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.18. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
84
La figura 4.19., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.19. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
85
La figura 4.20., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.20. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
86
En la tabla 4.6., muestra los resultados obtenidos en el estator de la
máquina generalizada Mawdsley, de la prueba desde el vacio hasta
carga máxima de 6 polos en estado permanente, semi-jaula de ardilla.
Asimismo, se acentúa que la prueba fue realizada con una tensión de
armadura de 110 V, ya que la fuente existente en el laboratorio, no
tenía el alcance suficiente para excitar el campo de la máquina de
C.C. y obtener 220 V.
Tabla 4.6. Resultados de la prueba de vacío hasta una carga máxima de 10 A, semi-jaula de ardilla, 6 polos.
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 125.90 218.49 4.85 267.5 1856 1876 1250 .142 7.42 0.21
Carga 2 A 125.81 218.36 5.01 384.4 1858 1898 1175 .202 107.43 0.93
Carga 4 A 125.89 218.47 4.92 481.3 1846 1908 1175 .252 107.4 1.71
Carga 6 A 125.71 218.30 5.23 593.8 1844 1937 1160 .306 108.8 2.44
Carga 8 A 126.16 218.80 5.29 707.8 1847 1979 1160 .357 108.7 3.20
Carga 10 A 126.31 219.22 5.39 817.7 1856 2028 1150 .403 107.8 3.91
*En esta prueba, la máquina de carga en sus bornes de armadura se
trabajó con 110 V, ya que la fuente de regulación no alcanzaba para
excitar lo suficiente el campo de la máquina de C.C. por lo que los
resultados podrán parecer incongruentes respecto a los resultados
esperados propuestos por el fabricante.
87
4.1.4. Resultados para la configuración en 10 polos
4.1.4.1. Prueba en vacío, de la máquina generalizada Mawdsley, conexión doble
delta con bobinas en serie, funcionando como motor de inducción semi-jaula de
ardilla en estado permanente, 10 polos.
La figura 4.21., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.21. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
88
La figura 4.22., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.22. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
89
La figura 4.23., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.23. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
90
La tabla 4.7., muestra los resultados obtenidos en el estator de la
máquina generalizada Mawdsley, de la prueba en vacío en estado
permanente, 10 polos, ya que la corriente de arranque era demasiado
alta como para trabajarla en estado permanente.
Tabla 4.7. Resultados de la prueba en vacío, semi-jaula de ardilla, de 10 polos Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina
de carga de
C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 125.24 217.30 20.39 2417 7196 7591 710 .318 13.5 0.17
*Únicamente se realizó la prueba de vacío, ya que la corriente es
demasiada alta como para someterla a esfuerzos de carga por
relativamente largos periodos de tiempo.
91
4.1.5. Resultados para la configuración en 12 polos
4.1.5.1. Prueba en vacío en la máquina generalizada Mawdsley, conexión doble
delta con bobinas en serie, funcionando como motor de inducción semi-jaula de
ardilla en estado permanente, de 12 polos.
La figura 4.24., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.24. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
92
La figura 4.25., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.25. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
93
La figura 4.26., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.26. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
94
4.1.5.2. Prueba con carga de 18 A en la máquina generalizada Mawdsley, conexión
doble delta con bobinas en serie, funcionando como motor de inducción semi-
jaula de ardilla en estado permanente, de 12 polos.
La figura 4.27., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.27. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
95
La figura 4.28., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.28. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
96
La figura 4.29., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.29. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
97
En la tabla 4.8., muestra los resultados obtenidos en el estator de la
máquina generalizada Mawdsley, de la prueba desde el vacío hasta
carga máxima en estado permanente semi-jaula de ardilla de 12 polos.
Asimismo, se acentúa que la prueba fue realizada con una tensión de
armadura de 50 V, ya que la fuente existente en el laboratorio, no
tenía el alcance suficiente para excitar el campo de la máquina de
C.C. y obtener 220 V.
Tabla 4.8. Resultados de la prueba en vacío hasta una carga máxima de 18 A semi-jaula de ardilla de 12 polos.
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 125.14 217.00 12.24 865.4 4496 4578 600 .189 6.63 0.19
Carga 4 A 124.96 216.73 12.11 956.9 4446 4548 600 .210 47.49 0.81
Carga 8 A 125.35 217.39 12.19 1009 4443 4556 580 .221 48.51 1.50
Carga 12 A 124.91 216.73 11.98 1060 4393 4519 575 .234 48.50 2.16
Carga 18 A 125.43 217.60 11.92 1143 4400 4546 575 .251 48.12 3.19
*Estas pruebas se realizaron con una tensión de armadura de 50 V. La
prueba de 14 polos no se realizo ya que utilizaba mucha corriente en
el arranque a su velocidad nominal.
98
4.1.6. Resultados para la configuración en 2 polos con bobinas de
búsqueda en el estator.
4.1.6.1 Prueba en vacío de la máquina generalizada Mawdsley, conexión doble
delta con bobinas en paralelo, funcionando como motor de inducción semi-jaula
de ardilla en estado permanente, 2 polos.
Prueba realizada en las bobinas de búsqueda del estator, con
conexión serie de las bobinas, ranuras 1-13.
La figura 4.30., muestra la curva de tensión y armónicas monofásico.
Figura 4.30. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial monofásico.
99
4.1.6.2. Prueba en vacío de la máquina generalizada Mawdsley, conexión doble
delta con bobinas en paralelo, funcionando como motor de inducción semi-jaula
de ardilla en estado permanente, 2 polos.
Prueba realizada en las bobinas de búsqueda del estator, con
conexión paralelo de las bobinas, ranuras 1-13.
La figura 4.31., muestra la curva de tensión y armónicas monofásico.
Figura 4.31. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial monofásico.
100
4.1.7. Análisis de resultados de la máquina generalizada
Mawdsley
La máquina generalizada Mawdsley, es una herramienta importante
para el entendimiento, estudio y experimentación de las máquinas
rotatorias. Además de su versatilidad, la máquina Mawdsley posee un
diseño que permite un entendimiento intuitivo debido a su completa
exposición de terminales de conexión.
En las pruebas anteriormente realizadas, los resultados son
consistentes, asimismo se puede observar que, por su diseño robusto,
soporta corrientes relativamente grandes por mayor tiempo que las
máquinas convencionales.
En cuanto armónicas; observando las lecturas del analizador de
potencia trifásico (PowerPAD), se puede comprobar lo que los
diferentes libros de diseño y estudio de las máquinas arrojan en
cuanto a la respuesta y funcionabilidad de la máquina, la cual
responde ante estas.
La potencia; Como se observa en el apéndice B de las características
de la máquina, puede dar un poco más del diseño, por su diseño
robusto mencionado anteriormente.
En las figuras 4.30., y 4.31., se muestra la forma de onda de las
bobinas de búsqueda conectados en serie y luego en paralelo
respectivamente. Por lo que observamos que la forma de onda en la
conexión serie, se asemeja más a una curva sinusoidal. Mientras que
en paralelo parece más una curva cuadrada. En cuanto a las
armónicas, la conexión serie tiene menos comparadas en magnitud y
cantidad, lo que hace concluir que la distribución se hace uniforme en
todo el estator.
101
4.2. Pruebas en la máquina generalizada AEI como motor de
inducción
4.2.1. Resultados para la configuración en 4 polos como motor de
inducción de rotor devanado con bobinas en cuadratura en
estado permanente.
4.2.1.1. Resultados de las pruebas de rotor bloqueado y en vacío, conexión serie
de las bobinas H y J en cuadratura, funcionando
En la tabla 4.9 y 4.10 muestran los valores obtenidos en la prueba al
vacío y con rotor bloqueado [9]
Tabla 4.9. Prueba en vacío máquina AEI A1
Amps
A2
Amps
A3
Amps
A4
Amps
A5
Amps
W1
Watts
W2
Watts
V
Volts
T periodo
m seg.
S desplazamiento
R.P.M.
3.4 3.3 3.4 1.7 1.7 200 480 220 33.5 1791.00
3.1 2.9 3.0 1.9 1.9 160 400 200 33.55 1788.37
2.7 2.6 2.75 2.1 2.1 120 320 180 33.60 1785.71
2.4 2.3 2.45 2.1 2.2 90 280 160 33.65 1783.06
2.1 2.1 2.20 2.1 2.1 40 220 140 33.75 1777.77
1.95 1.9 2.00 2.1 2.15 0 200 120 33.85 1772.52
1.9 1.75 1.8 2.4 2.4 40 180 100 33.95 1767.30
1.8 1.7 1.75 2.8 2.8 80 184 80 34.35 1746.72
1.85 1.9 1.90 3.7 3.7 120 200 60 35.30 1699.71
2.85 2.95 3.00 6.6 6.6 140 220 40 39.50 1515.15
Los datos de esta tabla muestran los valores para trazar las curvas de
vacío.
102
Tabla 4.10. Prueba de rotor bloqueado máquina AEI [9]
Estator Rotor
Varm
L-L
Varm
calc
A1 A2 A3 Afcalc ω1 ω2 ωf calc A4 A5 Af calc Temp
°C
10 5.77 1.60 1.6 1.6 1.60 0 10 3.33 3.60 4.00 3.80 20.5
20 11.54 3.00 3.20 3.3 3.16 0 50 16.66 7.20 7.60 7.40 20.5
30 17.32 4.80 5.00 5.0 4.93 0 120 40.00 10.80 11.60 11.20 20.5
40 23.09 6.42 6.60 6.7 6.53 0 220 73.33 14.44 14.84 14.64 20.5
50 28.86 8.00 8.38 8.4 8.26 0 360 120.00 18.40 18.80 18.60 20.5
60 34.64 9.90 10.00 10.2 10.03 0 520 173.33 22.40 22.76 22.58 20.5
66 38.10 10.70 11.00 11.2 10.96 0 630 210.00 24.00 25.00 24.50 20.5
70 40.10 11.40 11.60 11.8 11.60 0 700 233.33 26.00 26.40 26.20 20.5
Los datos de esta tabla muestran los valores para trazar las curvas de
rotor bloqueado
103
4.2.1.2. Resultado de la prueba en vacío con conexión de las bobinas “J” en serie,
midiendo tensión en las terminales de “H” y corriente en “J”.
En la tabla 4.11., muestra los resultados en el lado de la alimentación
de la máquina AEI, mientras que en la 4.12., se muestran las
mediciones de tensión y corriente en el rotor, que en la máquina AEI
supone una ventaja respecto a la máquina Mawdsley, ya que en la
máquina Mawdsely se prestó especial atención en el estator y en la
máquina AEI en el rotor.
De la misma manera en las tablas 4.11., y 4.12., se aprecian las
curvas de tensión y corriente, pero nos llama la atención el
comportamiento de las armónicas en el rotor, ya que para la tensión se
aprecian más los pares y para la corriente se observa más actividad
en las impares
Tabla 4.11. Resultados de la prueba al vacío en la máquina AEI de 4 polos midiendo voltaje y corriente de entrada
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina
de carga
de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 127.05 217.86 8.79 412.91 3089 3118 909 .132 0 0
104
Tabla 4.12. Resultados de la prueba al vacío en la máquina AEI de 4 polos midiendo voltaje y corriente en el rotor
Lecturas de rotor de la máquina Lecturas
máquina
de carga
de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 64.63 - 17.94 1269 207.3 1285 900.8 .987 0 0
* midiendo tensión en los bornes de “H” y corriente en “J”.
105
4.2.1.3. Resultado de la prueba en vacío con conexión de las bobinas “J” y “H” en
serie cada arreglo.
La figura 4.32., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.32. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
106
La figura 4.33., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.33. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
107
La figura 4.34., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.34. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
108
4.2.1.4. Resultado de la prueba con carga de 19 A, con conexión de las bobinas “J” y
“H” en serie.
La figura 4.35., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.35. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
109
La figura 4.36., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.36. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
110
La figura 4.37., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 4.37. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
111
En la tabla 4.13., se aprecian los resultados de la prueba en vacío
hasta una carga máxima en la máquina AEI de 4 polos, pero cabe
señalar que en las curvas obtenidas, mientras se le suministra más
carga, las curvas se van componiendo, queriendo decir que hay
menos efecto de las armónicas.
Tabla 4.13. Resultados de la prueba en vacío hasta una carga máxima de 19 A en la máquina AEI semi-jaula de ardilla de 4 polos.
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 127.21 218.12 3.27 338.1 1198 1245 1789 .271 0 0
Carga 2 A 127.03 217.61 3.89 804.5 1223 1464 1778 .549 214.2 1.21
Carga 6 A 127.08 217.84 5.32 1502 1301 1988 1753 .755 203.5 3.87
Carga 10 A 125.94 215.97 7.56 2384 1512 2823 1717 .844 200.5 6.46
Carga 14 A 125.19 214.68 11.44 3658 2049 4193 1660 .872 203.1 9.36
Carga 19 A 124 212.36 16.46 5143 3067 5989 1570 .858 197.3 12.37
112
4.2.1.5. Resultado de la prueba en vacío con conexión de las bobinas “J” y “H” en
serie. Midiendo en la bobina de búsqueda 1 del estator.
La figura 4.38., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas monofásico.
Figura 4.38. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial monofásico.
113
4.2.2. Análisis de resultados de la máquina AEI
En la máquina generalizada AEI se tomó mayor importancia al estudio
de los efectos en el rotor, ya que por su construcción, es diferente a
una máquina convencional, ya que en las máquinas convencionales el
estator se encuentra fijo y el rotor móvil, en la máquina AEI es caso
contrario, el estator es el que gira y el rotor es fijo, ésta característica
es esencial de esta máquina, ya que otros diseños se concentran en el
caso convencional.
Los resultados arrojados, muestran que la capacidad de carga de la
máquina AEI, es mayor que la máquina generalizada Mawdsley,
aunque también el índice de armónicas es mayor en la AEI, por lo
tanto, se observa que la forma de onda se deforma más, ya que se
visualiza una onda deformada y cuadrada en las bobinas de
búsqueda. No obstante su operación, es adecuada en estado
permanente.
Ésta máquina permite observar las variables de corriente y frecuencia
en el rotor durante su operación por su diseño y construcción
114
115
Capítulo 5.-Pruebas eléctricas propuestas en la,
máquina generalizada Mawdsley, operando como
motor de inducción en conexión estrella.
En este capítulo se puede observar una serie de prácticas realizadas,
con un arreglo de configuración en estrella especialmente para la
maquina generalizada Mawdsley operando como motor de inducción.
5.1. Diagramas utilizados en las prácticas propuestas
En los siguientes diagramas, se muestra las conexiones realizadas en
la máquina generalizada Mawdsley, también se mostraran los
resultados obtenidos. De tal manera que se puedan analizar y
compararlos con máquinas convencionales.
Se muestran de la siguiente manera. En la figura 5.1., se muestra la
conexión de dos estrellas en paralelo, sin neutro aislado que, para
este caso en la prueba fue conectado al caimán de la terminal neutro
“N” del analizador de potencia trifásico eléctricas “Power PAD” en la
terminal 9 de la estrella exterior, para medir armónicas, voltajes y
posibles transitorios.
En la figura 5.2., se muestra la conexión de dos estrellas en paralelo,
similar a la anterior, solo que en este caso, las estrellas comparten un
punto común. Y en la última figura 5.3., se muestra una estrella en
serie. De igual manera que las pruebas anteriores, se mostraran
algunas curvas demostrativas y los demás resultados se mostraran en
tablas, para el mejor manejo de la información.
116
Figura 5.1. Conexión de dos estrella en paralelo, con neutros aislados.
117
Figura 5.2. Conexión de dos estrellas en paralelo con neutro común.
118
Figura 5.3. Conexión de una estrella en serie
119
5.1.1. Diagrama distribuido de la prueba de doble estrella con
neutros aislados para la conexión de las bobinas en paralelo.
Figura 5.4. Diagrama de conexión distribuido, doble estrella con bobinas en paralelo y neutros aislados, 2 polos, máquina Mawdsley.
120
Figura 5.5. Diagrama sintetizado del diagrama desplegado, en el cual se aprecia de una manera más fácil la conexión de doble estrella.
Figura 5.6.Estrellas en paralelo
En la figura 5.6., se muestra de manera horizontal y en orden, la
configuración de la doble estrella con neutros aislados, y aunque
aparece el símbolo de “tierra”, no va aterrizado, se usan para medir
mediante el analizador de potencia trifásico “Power PAD”[10] los
parámetros de neutro, al igual que en todas las pruebas de estrella.
121
Figura 5.7. Se muestra la configuración del estator en un diagrama clásico de dos estrellas en paralelo con neutros aislados.
122
5.2. Experimentos realizados
5.2.1. Pruebas de rotor bloqueado y en vacío, máquina
generalizada Mawdsley de 2 polos, conexión doble estrella con
bobinas en paralelo y neutros aislados.
Las siguientes tablas muestran los resultados de las pruebas de rotor
bloqueado y operación en vacío respectivamente
Tabla 5.1. Prueba de rotor bloqueado máquina Mawdsley Posición Tensión L-L
[V]
Corriente
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Frecuencia
[Hz]
[F.P.]
1 12.040 1.149 12 20 25 60 0
2 33.423 3.213 89 162 186 60 0
3 53.639 5.436 237 440 500 60 0
4 64.392 6.656 352 640 731 60 0
5 84.640 8.918 640 1115 1286 60 0
Los datos de ésta tabla muestran los valores de una fase, ya que es
un sistema balanceado, en caso de encontrarse alguna discrepancia o
situación se anotara y denotara para su análisis.
Figura 5.8. Prueba de operación con rotor bloqueado máquina Mawdsley.
0
20
40
60
80
100
1.149 3.213 5.436 6.656 8.918
Vo
lts
Tensión vs corriente
(A)
123
Tabla 5.2. Prueba de operación en vacío máquina Mawdsley Posición Tensión L-L
[V]
Corriente
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Frecuencia
[Hz]
[F.P.]
1 26.013 2.403 54 94 109 60 .503
2 61.510 6.161 322 578 663 60 .493
3 108.878 1.840 335 121 356 60 .940
4 141.390 1.540 340 145 370 60 .919
5 178.197 1.334 356 203 411 60 .867
6 217.514 1.255 374 287 473 60 .793
7 238.910 1.259 383 342 515 60 .740
Los datos de ésta tabla muestran los valores de una fase, ya que es
un sistema balanceado, en caso de encontrarse alguna discrepancia o
situación, se anotara y denotara para su análisis.
Figura 5.9.Prueba de operación en vacío máquina Mawdsley
0
1
2
3
4
5
6
7
26.013 61.51 108.878 141.39 178.197 217.514 238.91
Am
pe
res
Tensión vs Corriente
(V)
124
5.2.2. Prueba en vacío, máquina generalizada Mawdsley de 2
polos, conexión doble estrella con bobinas en paralelo y neutros
aislados, funcionando como motor de inducción semi-jaula de
ardilla en estado permanente.
La figura 5.10., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.10. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
125
La figura 5.11., muestra las formas de onda de tensión de línea así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.11. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
126
La figura 5.12., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.12. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
127
5.2.3. Prueba con carga de 16 A, máquina generalizada Mawdsley
de 2 polos, conexión doble estrella con bobinas en paralelo y
neutros aislados, funcionando como motor de inducción semi-
jaula de ardilla en estado permanente.
La figura 5.13., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.13. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
128
La figura 5.14., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.14. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
129
La figura 5.15., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.15. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
130
La tabla 5.3., muestra los resultados de la prueba en vacío hasta una
carga máxima, conexión doble estrella con bobinas en paralelo con
neutros aislados de 2 polos, cabe recalcar que de las tres pruebas
propuestas, ésta es la de mejor desempeño, con un mínimo de
armónicas y gran respuesta a la carga en estado permanente.
Tabla 5.3. Resultados de las prueba en vacío hasta una carga máxima de 16 A, conexión doble estrella con bobinas en paralelo con neutros aislados de 2 polos
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase [V] Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
INeutro
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 128.22 229.79 1.257 .087 378.7 298.4 482.1 3550 .785 20.13 .14
Carga 2 A 127.30 221.26 2.314 .088 786.7 347.7 860.2 3500 .914 212 1.66
Carga 4 A 127.55 221.79 3.466 .084 1230 444.9 1308 3460 .940 216 3.15
Carga 8 A 127.42 221.74 5.881 .073 2072 737.1 2199 3350 .942 207.7 5.84
Carga 16 A 125.52 218.73 12.43 .079 4104 2353 4731 2970 .867 184.9 10.28
*La I de neutro se midió en la terminal 9 de la estrella del anillo
exterior.
131
5.2.4. Prueba en vacío, máquina generalizada Mawdsley, de 2
polos, conexión doble estrella con bobinas en paralelo con neutro
común, funcionando como motor de inducción semi-jaula de
ardilla en estado permanente.
La figura 5.16., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.16. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
132
La figura 5.17., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.17. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
133
La figura 5.18., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.18. Formas de onda, de Corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
134
5.2.5. Prueba con carga de 16 A, máquina generalizada Mawdsley
de 2 polos, conexión doble estrella con bobinas en paralelo con
neutro común, funcionando como motor de inducción semi-jaula
de ardilla en estado permanente.
La figura 5.19., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.19. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
135
La figura 5.20., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.20. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
136
La figura 5.21., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.21. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
137
La tabla, 5.4., muestra los resultados de la prueba en vacío hasta una
carga máxima, conexión doble estrella con bobinas en paralelo y
neutro común de 2 polos, en esta prueba, a pesar de que se supone
que la tierra debe de ir aterrizada, no es recomendable hacerlo y mejor
medir los parámetros de neutro.
Tabla 5.4. Resultados de las pruebas en vacío hasta una carga máxima de 16 A, conexión doble estrella con bobinas en paralelo con neutro común, 2 polos
Lecturas de estator de la máquina
Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
INeutro
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 127.50 221.19 1.288 .086 396.8 300.7 498 3525 .797 29.91 .17
Carga 2 A 127.54 221.85 2.384 .085 811.5 354.4 885.6 3500 .916 210.4 1.64
Carga 4 A 126.92 220.52 3.485 .082 1233 444.8 1310 3475 .940 213.9 3.11
Carga 8 A 127.02 220.70 6.099 .070 2131 768.5 2266 3450 .941 208.9 5.95
Carga 16 A 125.89 218.30 12.452 .078 4039 2279 4638 2990 .871 185.4 10.42
138
5.2.6. Prueba en vacío, máquina generalizada Mawdsley de 2
polos, conexión doble estrella con bobinas en serie, funcionando
como motor de inducción semi-jaula de ardilla en estado
permanente,
La figura 5.22., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.22. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
139
La figura 5.23., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.23. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
140
La figura 5.24., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.24. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
141
5.2.7 Prueba con carga de 4 A. máquina generalizada Mawdsley
de 2 polos, conexión doble estrella con bobinas en serie,
funcionando como motor de inducción semi-jaula de ardilla en
estado permanente.
La figura 5.25., muestra las formas de onda de tensión de fase, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.25. Formas de onda, de voltaje por fase pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
142
La figura 5.26., muestra las formas de onda de tensión de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.26. Formas de onda, de voltaje de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
143
La figura 5.27., muestra las formas de onda de corriente de línea, así
como las curvas de armónicas y el diagrama fasorial de
desplazamiento de ángulo trifásico.
Figura 5.27. Formas de onda, de corriente de línea pico a pico, armónicas y diagrama fasorial trifásico.
144
La tabla, 5.5., muestra los resultados de la prueba en vacío hasta una
carga máxima, conexión doble estrella con bobinas en serie de 2
polos, ésta conexión se comporta de manera errática con carga, en el
arranque se comporta de manera suave, pero, con carga, no puede
compensar el aumento de esta, ya que se empieza a frenar e intentar
compensar el aumento de carga con el aumento de corriente, lo cual
es una mala señal del comportamiento de esta conexión en estado
permanente.
Tabla 5.5. Resultados de las pruebas en vacío hasta una carga máxima de 4 A, conexión doble estrella con bobinas en serie, 2 polos
Lecturas de estator de la máquina Lecturas
máquina de
carga de C.C.
Prueba Vfase
[V]
Vlinea
[V]
Ilinea
[A]
INeutro
[A]
Potencia
[W]
Potencia
[VAR]
Potencia
[VA]
Velocidad
[RPM] F.P.
Varm
[V]
Iarm
[A]
Vacio 128.57 223.24 .940 .087 336 124 358.2 3425 .938 21.14 .15
Carga 2 A 127.72 221.27 2.327 .089 809.1 385.6 896.3 3175 .902 199.2 1.58
Carga 3 A 127.87 220.66 4.460 .071 1239 1150 1691 2300 .733 167 .87
Carga 4 A 128.51 22.45 5.799 .072 1170 1882 2216 640 .528 49.19 1.93
145
Capítulo 6.-Conclusiones y Recomendaciones
Conclusiones Máquina Mawdsley Conexiones Deltas en
paralelo
Se observa que en las pruebas de la máquina Mawdsley, con
conexiones en deltas paralelo para dos, cuatros, seis, diez, doce y
catorce polos, se tienen tablas de resultados especificados por el
fabricante, en este caso se encuentran en los manuales técnicos y de
operación, así como los diagramas de conexión tanto para rotor
devanado como para semi-jaula de ardilla. Teniendo esto en cuenta, y
haciendo una comparación de los resultados obtenidos y los
resultados especificados, la proporción coincide en las diversas
variables eléctricas, como son la tensión, corriente, y potencia.
Teniendo en cuenta que los resultados proporcionados, fueron
realizados a una frecuencia de 50 Hz y los resultados obtenidos
fueron realizados a una frecuencia de 60 Hz.
También, se concluye que, la proporción se cumple en las variables
eléctricas como son la corriente y tensión fundamentales.
Respecto a otras variables como, las armónicas y la potencia eléctrica,
son variables que se obtuvieron mediante un analizador de potencia
trifásico, de tal manera que se tienen mediciones que no existía en los
manuales de la máquina generalizada Mawdsley que se puede usar
para trabajos futuros.
En cuanto armónicas, se observa que la variable de corriente de
línea, en todas las pruebas de la máquina Mawdsley (2, 4, 6, 10, 12 y
14 polos), es donde se percibe de una manera más clara este
fenómeno, siendo las armónicas primas las que más afectan el
funcionamiento de la máquina, las más recurrentes son las
armónicas de 5, 7, 9, y 13º orden. Sin embargo también se presenten
pero menor recurrencia las armónicas pares como la de 12 y 14º
orden.
146
Un caso especial, es la prueba a las bobinas de búsqueda de la
máquina Mawdsley en el estator, ya que se observa en la figura 4.29
las armónicas de tensión para la prueba en paralelo de las bobinas, en
este caso se observa que las armónicas 3, 5 y 16 orden son las más
notorias pero asimismo en este caso se observa el efecto de las
armónicas hasta el 49º orden.
Conclusiones Máquina AEI
Respecto a las pruebas realizadas con la máquina AEI, al no tener un
manual como tal en existencia, se refirió a trabajos previos realizados.
Las pruebas realizadas en la máquina AEI, pueden tomarse como
pruebas eléctricas propias ya que una de las características de esta
máquina es su diseño de construcción y operación, donde el rotor
que convencionalmente se encontraría en la parte móvil o giratoria, se
encuentra en la parte estática y estator en la parte móvil. De tal
manera que se analizó técnicamente los efectos en el rotor, siendo
poco común ya que se trabajó como rotor devanado y
convencionalmente el rotor en la jaula de ardilla son barras de
aluminio cortocircuitadas por lo que normalmente no se analiza esta
parte.
En cuanto a su funcionamiento, los resultados obtenidos hacen
comprender lo que sucede en una jaula de ardilla (rotor) como son la
corriente inducida, la tensión y la potencia generada en el rotor de la
máquina.
En el caso de las armónicas, las pruebas proporcionan valores
similares a una máquina convencional.
Un caso especial, es la prueba en las bobinas de búsqueda, en los
cuales se observa el efecto de las armónicas, las cuales se aprecian
en la figura 4.36.
147
Conclusiones Máquina Mawdsley Conexiones Estrellas
Paralelo y Serie.
En la primera prueba, la conexión de dos estrellas en paralelo con
neutros aislados, los resultados exponen que es la conexión más
estable de los tres casos (Estrellas en paralelo con neutros aislados,
Estrellas en paralelo con neutro común y Estrellas Serie), también es
la conexión que soporta más carga electrica y conforme aumenta la
carga, la forma de onda se asemeja más a una curva sinusoidal, lo
que demuestra que la conexión estrella en paralelo con neutros
aislados responde mejor a la saturación, sobrecarga y al esfuerzo
eléctrico. De igual manera, ésta conexión mostro menos incidencia de
armónicas de tensión y de corriente, por lo que la deformación de las
ondas de tensión y corriente son mínimas. En cuanto al factor de
potencia, tiene una tendencia de aumento con carga media (8 A),
hasta que con carga máxima (16 A) empieza su saturación con .04 de
factor de potencia respecto al .90 indicado por norma, quedando así
con carga máxima a .86 de factor de potencia, lo que indica una
saturación en el acero, armónicas y pérdidas, llegando así a su límite
de diseño y trabajando a la frecuencia de 60 Hz. No obstante, esta
conexión responde adecuadamente en estado permanente, llegando a
soportar una carga considerable, con calentamiento menor al de
diseño y un buen factor de potencia, indicando así la buena capacidad
de ésta máquina con esta conexión respecto a las otras conexiones de
configuración estrella mencionadas anteriormente.
El segundo caso, la conexión de estrellas en paralelo con neutro
común, muestra una relativa estabilidad, con una marcada tendencia
de las armónicas en magnitud y presencia desde vacío y conforme
aumenta la carga, la curva de corriente mejora, por lo que esta
conexión, tiene una buena respuesta. Esta es una configuración
buena para soportar una carga máxima de 16 A. En cuanto armónicas,
éstas le afectaron más respecto en comparación con la configuración
de dos estrellas en paralelo con neutros aislados, ya que la forma de
onda se deformo más. En cuanto a factor de potencia tuvo un
comportamiento similar a la conexión de dos estrellas en paralelo con
148
neutros aislados, por lo que en su operación en estado permanente
es adecuada.
En la prueba conexión estrella con bobinas en serie, esta funcionó
mal al aumento de carga, ya que prácticamente con 3 A, comenzó a
perder velocidad mientras aumentaba la corriente de carga, ya que
responde muy sensiblemente al aumento de esta, por lo cual esta
conexión no es apta para el funcionamiento en estado permanente.
Ésta configuración es muy sensible, pero el tiempo de arranque es
menor al de estrellas en paralelo, pero esta configuración no es apta
para sobrecarga por lo que no es apta para estudios en estado
permanente.
Recomendaciones
Recomendaciones Generales
• A pesar de ser máquinas semi- cerradas, se recomienda trabajar
con precaución.
• Verificar en el caso de la máquina Mawdsley que, no tenga
colocado el seguro de rotor sí se planea arrancar a plena tensión o
con arrancador.
• En la máquina Mawdsley, el anillo cortacircuito , debe de
moverse golpeando con un martillo de goma y un pequeño cincel, de
sugerencia no metálico, el anillo destinado para este propósito,
golpeando con suavidad y firmeza, para ir rotando el anillo tanto para
apretar como para aflojar.
• En la máquina AEI, no quitar las protecciones del medidor de par
si no se utiliza.
• Verificar en la máquina AEI que no tenga colocado el seguro de
rotor si se planea arrancar a plena tensión o con arrancador.
149
Recomendaciones Técnicas Específicas
Máquina Generalizada Mawdsley
Trabajar bajo normas de seguridad
En las pruebas con estrellas, se recomienda no aterrizar los neutros y
medir los parámetros de neutro.
Verificar el apriete del anillo cortacircuitos, sí se utiliza la máquina por
más de diez minutos, ya que por calentamiento, el anillo se dilata,
provocando falsos contactos o aflojamiento.
Máquina generalizada AEI
Trabajar bajo normas de seguridad
Aterrizar la máquina para la medición de parámetros en las bobinas de
búsqueda.
Recomendaciones para trabajos posteriores
Las máquinas generalizadas, son máquinas que por su diseño,
permiten trabajar prácticamente todos los tipos de máquinas rotatorias
existentes, por lo que su versatilidad solo se ve disminuida por las
características intrínsecas de su diseño y construcción. No obstante,
debido a que la máquina generalizada AEI es de generaciones
anteriores a la máquina generalizada Mawdsley, La máquina AEI se ve
limitada por la versatilidad de esta última, ya que al ser de diseño más
reciente, la máquina Mawdsley permite trabajar con mayor
complejidad, repercutiendo esto en las pruebas realizadas o
propuestas.
Se recomienda realizar las pruebas de C.A. máquina síncrona y
máquinas monofásicas, asimismo con las máquinas de C.C. ejes
directo y cuadratura d-q. Para que de esta manera se tengan en claro
los parámetros fundamentales de las máquinas y poder proponer
experimentos y discernir los efectos eléctricos de las mismas. Así se
150
Se recomienda un trabajo en la máquina Mawdsely de arranque y
operación con doble excitación.
Se recomienda un trabajo en la máquina Mawdsley como generador
de inducción utilizando máquina de inducción trifásica.
151
Apéndice A
Resultados de la prueba de Resistencia Óhmica en anillos
rozantes de la máquina generalizada Mawdsley y reóstato de
arranque.
Tabla A-1. Esta tabla muestra las lecturas obtenidas en los anillos rozantes de la máquina generalizada Mawdsley
Anillos de prueba Puntos de referencia Lectura sin
corrección de
temperatura
[Ω]
Lectura con
corrección de
temperatura
[Ω]
# anillo # anillo Punto 1 Punto 2
Prueba 1 2 5 G1 G1´ 1.2464 1.2930
Prueba 2 2 4 G1, G1´ G2 .6483 .6390
Prueba 3 4 2 G2 G1 .7555 .6660
Prueba 4 2 4 G1´ G2 .7517 .6893
Tabla A-2. Esta tabla muestra las lecturas obtenidas en los bornes de un reóstato de arranque trifásico
Posición
Lectura sin corrección de
temperatura[Ω]
Lectura con corrección de
temperatura[Ω]
Prueba 1 Máxima resistencia 4.242 4.153
Prueba 2 Mínima Resistencia .006 .006
152
153
Apéndice B
Características y placa de datos de las máquinas generalizadas
Mawdsley y AEI
Figura B-1. Máquina generalizada Mawdsley
Tabla B-1. Placa de datos de la máquina de C.A. Mawdsley Máquina Eléctrica Generaliza
Mcn N°50GM Volts(V) Velocidad máxima(RPM)
284 230 4000
Tabla B-2.Placa de datos de la máquina de C.C. Mawdsley Motor de C.C.
Armadura Campo Velocidad máxima(RPM)
Volts (V) Amperes (A) Volts (V) Amperes (A) 4000
220/240 11.4 .4
154
Tabla B-3. Placa de datos de la máquina de C.C. carriage (o primo-motor) Mawdsley
Motor de C.C. del porta escobillas
Armadura Campo Velocidad máxima(RPM)
Volts (V) Amperes (A) Volts (V) Amperes (A) 1500
220/240 2.5 .23
Tabla B-4. Placa de datos del tacogenerador Mawdsley Tacogenerador
Volts /1000 RPM Amperes Max.
22.1 .35
155
Figura B-2.Máquina generalizada AEI
Tabla B-5. Placa de datos de la máquina de C.C. AEI
Motor de C.C.
Tipo BD.2508.B
Volts 220
Amperes 1.5
RPM 2000
B.S.170 ½ HR
Devanado Derivado
clase A
HP 0 . 3
156
Tabla B-6. Placa de datos del tacogenerador AEI
Tacogenerador
Tipo 3A
N° de serie 2L13559A
78 volts a 3000 RPM
157
Apéndice C
Aparatos utilizados en la investigación y experimentación de las
máquinas generalizadas Mawdsley y AEI.
Figura C-1. “Power PAD” (AEMC) Modelo 3945
Figura C-2. Tacómetro contador (Extech)
Figura C-3.MultimetroFluke Figura C-4. Mutimetro de gancho (Extech)
158
Figura C-5. Banco de resistencias trifásico
Figura C-6. Fuente regulada de C.C.
Figura C-7. Arrancador Trifásico resistivo
159
Referencias
[1] Norma 115-IEEE/ANSI 1995_R2002 Pruebas a motores de
inducción.
[2] Articulo71-T-42 Mawdsley; The Generalized Electrical Machine Set
for Universities and Technical Colleges, año 1962
[3] Manual del estudiante Mawdsley. 1964
[4] Manual Máquina Generalizada Mawdsley. 1962
[5] Chapman Stephen J. -Máquinas Eléctricas1ª Edición 1987-,pp.
481-489.
[6] Artículo folleto; Rotatin Machines - Hampden Engineerin
Corporation
[7] Ing. Luis A. Lazar – Ingeniería Eléctrica Industrial 1973 -pp.240-
243.
[8] A.J. Ellison – Generalized Electric Machines 1967- pp119-128.
[9] Tesis de grado M. en C.- Utilización de las máquinas generalizadas
en determinación experimental de parámetros en máquinas síncronas
y de inducción.- Tomas Ignacio Asiain Olivares. 1991
[10] Manual de usuario de Power Pad, modelo 3945.