Academia de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Manual de prácticas del laboratorio virtual de

Motores Trifásicos de Inducción

De la Materia “Transformadores y Máquinas

de Inducción”:

Contenido:

Práctica 1. El motor de inducción trifásico

Práctica 2. Efecto del voltaje sobre las

características del motor

Elaborado por M. C. Rito Javier Rodríguez Lozoya

Universidad Juárez Autónoma de Tabasco

División Académica de Ingeniería y Arquitectura

MOTORES CA DE INDUCCIÓN

OBJETIVO DE LA UNIDAD

Después de completar esta unidad, usted será capaz de demostrar y explicar el

funcionamiento de los motores ca de inducción

FUNDAMENTOS

Cuando el flujo magnético que vincula las espiras de alambre varía en función del tiempo,

se induce un voltaje entre los extremos de dichas espiras.

Si esos extremos están cortocircuitados entre ellos, circulará una corriente por el lazo

cerrado que forman las espiras

La figura muestra un imán que se desplaza hacia la derecha por encima de un grupo de

conductores.

Los conductores están cortocircuitados en sus extremos por medio de las barras A y B,

formando una especie de escalera.

La corriente circula en la espira formada por los conductores 1 y 2, así como en la creada

por los conductores 2 y 3

Estas corrientes crean campos magnéticos con sus polos norte y sur

La acción recíproca entre el campo magnético del imán y los campos magnéticos

producidos por las corrientes inducidas crea una fuerza entre el imán móvil y el electroimán

(escalera de conductores)

Esta fuerza arrastra la escalera en la dirección del imán móvil

No obstante, si la escalera se desplaza con la velocidad del imán, la variación del flujo

magnético no será significativa

Por esta razón no se inducirá ningún voltaje que provoque el flujo de corriente en los lazos

cerrados y, en consecuencia, la fuerza magnética que actúa sobre la escalera no resultará

muy importante

La escalera se debe desplazar a una velocidad más baja que la del imán móvil para que la

fuerza magnética la arrastre en la dirección de dicho imán

Cuanto más grande es la diferencia de velocidad entre los dos, mayor será la variación del

flujo magnético y, en consecuencia, más grande resultará la fuerza magnética que actuará

sobre la escalera de conductores

El rotor de un motor de inducción asincrónico se hace con una escalera, similar a la

mostrada anteriormente, curvándola sobre sí misma para formar una especie de jaula de

ardilla

De allí viene el nombre de motor de inducción jaula de ardilla

Para facilitar el pasaje del flujo magnético, se coloca el rotor del motor de inducción jaula

de ardilla en el interior de un cilindro de hierro laminado

El estator de dicho motor actúa como un electroimán giratorio

El electroimán giratorio provoca un par que arrastra el rotor, como el imán móvil arrastra la

escalera

Práctica 1. El motor de inducción trifásico

Objetivo del ejercicio

Después de completar este ejercicio, usted será capaz de demostrar las características de

funcionamiento de un motor de inducción trifásico de cuatro polos, empleando simulación

por computadora a través de los diagramas de bloques de SIMULINK

Procedimiento

1. Elabore el diagrama de bloques de Simulink de la figura 1.1, que representa un motor de

inducción

Figura 1.1 Diagrama de bloques de Simulink para operación de un motor de inducción

trifásico

2. Aplique un voltaje de 208 V a la “Fuente trifásica”

3. Haga doble click al icono del motor de inducción trifásico y configure de acuerdo a lo

que se muestra en la figura 1.2

Figura 1.2 Block de configuración del Motor para práctica 1

1.3 Haga click en la pestaña de “Parameters” del block anterior e introduzca los datos del

motor de acuerdo a como se muestra en la Figura 1.3

Figura 1.3 Block de parámetros del motor de inducción para la práctica 1

1.4 Ajuste la carga en el block de “Par Ap” de la Figura 1.1 (Diagrama de simulación), para

que la potencia de salida del motor sea de 750 W (Potencia nominal del motor), donde se

debe mostrar también la corriente nominal del motor

1.5 en los espacios de abajo, anote los valores obtenidos de velocidad, par y corriente de

línea del motor de inducción de jaula de ardilla (de las tres lecturas de corriente, determine

el valor promedio)

= _______ rpm; nom = ___________ N-m; inom = _________ A

1.6 En el block de Par aplicado, ajuste el par desde cero y en etapas de 0.3 N-m hasta que la

velocidad del motor comience a disminuir bastante rápido (región de par máximo) y para

cada corrida, registre en la tabla 1.1 los valores de Voltaje (el promedio de las tres lecturas),

Corriente (el promedio de las tres lecturas), Potencia activa P en Watts, Potencia reactiva Q

en Vars, Velocidad en rpm y Par en N-m

Tabla 1.1

Par Ap V (volts) I (Amps) P (Watts) Q (Vars) (rpm)

0 208

0.3 208

0.6 208

0.9 208

1.2 208

1.5 208

1.8 208

2.1 208

2.4 208

2.7 208

3.0 208

1.7 ¿Encuentra usted que la corriente de línea del motor de inducción crece cuando la carga

mecánica aplicada al motor de inducción tipo jaula de ardilla aumenta?

Si ______ No____

1.8. Elabora una gráfica de la velocidad del motor de inducción en función del par, llame a

esta gráfica “Característica par – velocidad del motor de inducción”. Coloque al par en el

eje x y a la velocida en el eje y.

Figura 1. 4 Característica par – velocidad del motor de inducción

1.9 Explique brevemente como varía la velocidad cuando la carga mecánica aplicada al

motor aumenta, es decir, cuando se incrementa el par

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

1.10 De la misma manera, elabore una gráfica donde incluya al mismo tiempo P y Q en

función de la velocidad del motor, colocando a la velocidad en el eje x y a las potencias en

el eje y. denomine a estas gráficas Características de la potencia del motor de inducción (P

y Q) en función de la velocidad

1.11 ¿Encuentra usted que el motor de inducción siempre extrae potencia reactiva de la

fuente de alimentación?

Si ______ No_______

1.12 ¿Encuentra usted que la gráfica anterior confirma que el motor de inducción jaula de

ardilla extrae más potencia de la fuente de alimentación de ca cuando arrastra una carga

más pesada?

Si ______ No_______

1.13 Observe que cuando el motor de inducción gira sin carga, la potencia reactiva supera a

la potencia activa ¿Qué manifiesta lo anterior? Explique claramente

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

1.14 Elabore una gráfica de corriente contra velocidad de acuerdo a los datos obtenidos en

la Tabla 1.1, coloque la velocidad en el eje de las x y a la corriente en el eje de las y. Llame

a está gráfica Característica corriente velocidad del motor de inducción

1.15 ¿Cómo varía la corriente de línea cuando la velocidad del motor disminuye?

____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

1.16 Coloque un visualizador gráfico (scope) a la salida del bloque RMS3 (ver diagrama de

bloques modificado) y para cualquier carga, obtenga la gráfica de corrientes del motor e

indique cuantas veces es mayos la corriente de arranque que la corriente de carga

Iarranque = _______ Amps Icarga = ________ Amps

=

Figura 1.4 Inserción del scope para determinar la corriente de arranque del motor de

inducción

Preguntas:

1. La velocidad del campo magnético giratorio creado por una fuente trifásica se llama

a. Velocidad en vacío

b. Velocidad de sincronismo

c. Velocidad de deslizamiento

d. Velocidad nominal

2. La diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad del rotor de un motor de

jaula de ardilla se denomina velocidad

a. asíncrona

b. de deslizamiento

c. en vacío

d. a plena carga

3. El motor de inducción jaula de ardilla consume potencia reactiva porque

a. emplea una fuente trifásica

b. no requiere potencia reactiva

c. requiere esa potencia para crear un campo magnético

d. tiene una jaula de ardilla

4. Cuando se incrementa la carga de un motor de inducción jaula de ardilla, ¿aumenta 0

disminuye su velocidad?

a. aumenta

b. disminuye

c. permanece constante

d. oscila alrededor de su valor nominal

5. ¿ Que sucede cuando se invierten dos de los tres conductores que alimentan al motor de

inducción jaula de ardilla?

a. El motor no arranca

b. nada

c. se invierte su rotación

d. es generador

Práctica 2. Efecto del voltaje sobre las características del motor

Objetivo del ejercicio

Después de completar este ejercicio, usted será capaz de emplear la simulación del Motor

de inducción jaula de ardilla de cuatro polos para demostrar cómo el voltaje aplicado a un

motor de inducción afecta las características de éste

Presentación

En los motores de inducción, es conveniente tener un fuerte campo magnético giratorio

para obtener la mayor fuerza magnética posible entre el estator y el rotor

Esto permite desarrollar un par elevado y obtener motores potentes

Para poder aumentar la fuerza del campo magnético giratorio es necesario incrementar el

voltaje ca aplicado a los arrollamientos del estator del motor de inducción (voltaje del

motor)

No obstante, cuando se aumenta demasiado dicho voltaje, la corriente del motor (corriente

en los arrollamientos del estator) resulta grande aun sin carga, porque el hierro del estator

comienza a saturarse

Cuando el hierro está saturado, al incrementarse la corriente del motor en vacío, la fuerza

del campo magnético giratorio deja de aumentar

Para determinar el voltaje nominal de un motor de inducción, generalmente se traza el

gráfico voltaje en función de la corriente del motor en vacío

Este gráfico resulta similar a la curva de saturación de un transformador o de un motor cd

El voltaje nominal se selecciona de manera que el punto de funcionamiento del motor se

localice apenas debajo del codo de la curva de saturación

También es posible trazar la característica velocidad en función del par para diferentes

voltajes del motor

La figura muestra una característica para el voltaje nominal y otra para un voltaje menor

que éste

Los pares de arranque y máximo disminuyen sobremanera cuando se reduce el voltaje del

motor

En la práctica, el par disminuye con un factor que es igual al cuadrado del factor de

reducción del voltaje del motor

Por ejemplo, cuando el voltaje del motor se reduce con el factor dos (es decir, se lo lleva a

la mitad de su valor original), el par se reduce por el factor cuatro

En algunas circunstancias, se disminuye intencionalmente el voltaje del motor de inducción

para obtener pequeñas variaciones de su velocidad

Además, al reducir el voltaje del motor se logra disminuir su corriente de arranque

Procedimiento

2.1 Utilice el mismo diagrama de bloques del Motor de Inducción utilizado en la Práctica 1

(Figura 1.1), pero en la Fuente trifásica aplique el 75 % del voltaje nominal (156 V).

2.2 Con un par aplicado de 0, corra la simulación y anote el valor de la velocidad obtenida

en rpm

n = ________ rpm (Para el 75% del voltaje nominal de línea del motor)

la velocidad en vacío obtenida con el voltaje ajustado al 75% de su valor nominal, ¿resulta

menor que el logrado cuando se empleó el voltaje nominal en la tabla 1.1?

Si________ No______

2.3 ¿Se puede cambiar la velocidad de un motor de inducción de jaula de ardilla

modificando el voltaje aplicado)

Si________ No______

2.4 Utilice un esquema similar a la tabla 1.1, renómbrela Tabla 2.1y registre los datos de

Par Aplicado, Voltaje aplicado, Corriente desarrollada por el motor, Potencias activa y

reactiva y la velocidad en rpm.

En el block de Par Ap ajuste el par en etapas de 0.3 N - m hasta 1.5 N - m y registre los

valores obtenidos en cada corrida en la Tabla 2.1. Al igual que en el ejercicio anterior, el

valor de voltaje aplicado y corriente de carga hágalo obteniendo los valores promedio

Par Ap V (volts) I (Amps) P (Watts) Q (Vars) (rpm)

0 156

0.3 156

0.6 156

0.9 156

1.2 156

1.5 156

2.5 ¿Encuentra usted que la corriente de línea del motor de inducción jaula de ardilla que

aparece en la columna de corriente de la tabla anterior, crece cuando la carga mecánica

aplicada al motor aumenta?

Si_____ ____ No______

2.6 Elabore la gráfica 2.1 y llámela “Característica Par – Velocidad del motor de inducción

a voltaje reducido”. Coloque el par en el eje x y le velocidad en el eje y

2.7 Elabore una gráfica de las potencias activa (P) y reactiva (Q) en función de la velocidad

del motor, obtenidas en la Tabla 2.1. Titule al gráfico “Potencia Activa y Reactiva del

Motor de Inducción en función de la velocidad, a voltaje reducido”. Coloque la velocidad

del motor en el eje x y las potencias en el eje y

2.8 Compare las potencias Real (P) y Reactiva (Q) obtenidos con el 75% del voltaje

nominal del motor con el logrado en la práctica 1, en que el voltaje se ajustó a su valor

nominal. ¿Cuáles son sus observaciones?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

2.9 Elabore un gráfico de la corriente de línea en función de la velocidad del motor de

inducción jaula de ardilla con los datos obtenidos en la Tabla 2.1, titule al gráfico

“Característica Corriente - Velocidad del Motor de Inducción a Voltaje reducido”, coloque

la corriente en el eje x y a la velocidad en el eje y

2.10 Compare los valores de las corrientes obtenidas al 75 % del voltaje nominal con las

obtenidas en la Práctica 1, donde se aplicó el voltaje nominal. ¿Cuáles son sus

observaciones?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

2.11 Tal como se muestra en la Figura 1.4 de la Práctica 1 Coloque un visualizador gráfico

(scope) a la salida del bloque RMS3 y para cualquier carga, obtenga la gráfica de corrientes

del motor e indique cuantas veces es mayos la corriente de arranque que la corriente de

carga

Iarranque = _______ Amps Icarga = __________ Amps

=

2.12 ¿Encuentra usted que reduciendo el voltaje del motor se disminuye su corriente de

arranque?

Si______ No________

Preguntas

1. ¿Cómo resulta afectado el para cuando se reduce el voltaje en el motor de inducción?

a. Disminuye

b. Aumenta

c. No cambia

d. Depende de la velocidad del motor

2. Una reducción del 50% en el voltaje del motor, ¿Qué variación causará en el par?

a. Un aumento del 25%

b. Una disminución del 50%

c. Una disminución del 75%

d. Una disminución del 100%

3. Cuando se incrementa la fuerza del electroimán del estator, el par que produce el motor

jaula de ardilla

a. no cambia

b. Disminuye

c. Aumenta

d. El par solo depende del tamaño del motor

4. Cuando se excede el voltaje nominal del arrollamiento de un motor de inducción jaula de

ardilla, la corriente en el devanado del estator aumenta sobremanera debido a

a. que el motor desarrolla un par elevado

b. la saturación del motor

c. la reacción de la jaula de ardilla del motor

d. que el motor consume potencia reactiva

5. ¿Qué ventaja se obtiene al reducir el voltaje de línea del motor de inducción jaula de

ardilla

a. Se disminuye la corriente de línea durante el arranque

b. se dañan menos las escobillas del motor

c. Se aumenta el par de arranque

d. Se evita el peligro de embalado del motor