Maquina de inducción

MQUINAS ELCTRICAS

INFORME No 3: MODELADO DEL MOTOR ASINCRNICO O DE INDUCCIN

Presentado por:

SOL MARIA STEPHANIE AGUIRRE BUSTOS

RUBEN DARIO BALLESTEROS ALVAREZ

JAVIER ANDRES PACHECO ALMEIDA

Profesor:

HARVEY DAVID ROJAS CUBIDES

../Informe Mquinas final PRIMER CORTE/MonoFasico/Codigo_Fuente/logo_ucentral.jpg

FACULTAD DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

Abril 12 de 2013

1

ndice general

1. Preliminares 4

1.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Marco terico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3.1. Parametros del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3.1.1. Prueba de la resistencia: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3.1.2. Prueba de vaco: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.1.3. Prueba de rotor bloqueado: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.1.4. Clases de diseo de motores de induccin: . . . . . . . . . . . . 9

1.3.1.5. DISEO CLASE A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3.1.6. DISEO CLASE B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3.1.7. DISEO CLASE C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3.1.8. DISEO CLASE D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.4. Palabras clave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. Desarrollo experimental 12

2.1. Descripcin de procedimientos experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.1. Parmetros del motor de induccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.1.1. Datos caractersticos del motor de induccin: . . . . . . . . . . 12

2.1.1.2. Prueba de la resistencia: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.1.3. Prueba de vaco: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.1.4. Prueba de rotor bloqueado: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2. Resumen de resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.1. Parametros del motor de induccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.1.1. PRUEBA DE LA RESISTENCIA O DC . . . . . . . . . . . . 12

2.2.1.2. PRUEBA DE VACO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2.1.3. PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO . . . . . . . . . . . . . 13

2

Maquinas Elctricas


Informe No 3: Motor de induccin o asincrnico

3. Desarrollo terico y anlisis de resultados 14

3.1. PARAMETROS DEL MOTOR DE INDUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1.1. Calculos prueba de la resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1.2. Calculos prueba de vacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1.3. Calculos prueba de rotor bloqueado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2. Anlisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4. Conclusiones 16

4.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5. Anexos 17

5.0.1. Anexo 1 PLACA DEL MOTOR DE INDUCCIN DL1022 DE LA MARCA DE LORENZO 17

c

Profesor: David Rojas Cubides 3 Aguirre, Ballesteros, Pacheco

Captulo 1

Preliminares

1.1. Resumen

En el presente documento se realiz la documentacin de las pruebas realizadas en el laborato-

rio de un motor asincrnico DL1022 de la marca DELORENZO, recordando y documentando

la teora y confrontndola con los datos obtenidos.

1.2. Objetivos

Determinar de los parmetros del circuito equivalente del motor de induccin por medio

de la prueba en dc, los ensayos en vacio y a rotor bloqueado.

Validar los conocimientos teoricos adquiridos por medio de la practica.

1.3. Marco terico

La mquina de induccin o motor asincrnico, es una mquina rotativa trifsica conformada

por tres partes principales: dos bobinados trifsicos denominados Rotor y Estator, y el espacio

entre los dos bobinados se denomina entrehierro. En funcionamiento, el bobinado del estator

se conecta de forma directa a una fuente trifsica. En el estator se genera un ujo magntico

giratorio de magnitud constante, donde la velocidad est dada por:

Ns =120

p f (1.1)

Ns= Velocidad sincrnica

P = Nmero de polos

f = Frecuencia

4

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Figura 1.1: Modelo bsico de un motor

El bobinado del rotor puede ser de dos formas:

Rotor bobinado

Rotor de jaula de ardilla

El campo giratorio induce sobre el bobinado del rotor una fuerza electromotriz tal como lo

establece la ley de Faraday. la corriente que circula por los devanados en combinacin con el

campo rotativo, producen fuerza sobre el rotor lo que hace que ste gire. Al funcionar el motor

por induccin, la velocidad que alcanza el rotor siempre es menor a la velocidad sincrnica

del campo, generndose una velocidad de desplazamiento entre las dos velocidades dada por

la siguiente ecuacin:

Nd = NS NR (1.2)Donde:

NS= Velocidad sincrnica.

Nd= Velocidad de desplazamiento.

NR= Velocidad del rotor.

El desplazamiento de la mquina o deslizamiento S est dado por:

s =Ns NrNs(1.3)

El movimiento relativo entre los conductores del rotor y el ujo rotativo, induce en stos una

fuerza electromotriz a una frecuencia llamada frecuencia de deslizamiento (Fd) la cual estdada por:

Fd = s f (1.4)El motor de induccin es semajante a un transformador cuyo primario es el estator y cuyo se-

cundario es el rotor. El estator y el rotor se pueden considerar como acoplados magnticamente

por un transformador ideal de relacin de transformacin a.


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Suponiendo que est parado, s=1, si circuito equivalente monofsico ser de la siguiente manera

Figura 1.2: Circuito equivalente monofsico de un motor de induccin

Para lo cual.

Re= Resistencia del bobinado del estator.

Xe= Reactancia de dispersin del estator.

Rr= Resistencia del bobinado del rotor.

Xr= Reactancia de dispersin del rotor.

Rfe= Resistencia de prdidas en el hierro.

Xm= Reactancia de magnetizacin.

Ve= Voltaje aplicado por fase. [V]

Ee= Fuerza electromotrz inducida en el estator por fase. [V]

Er= Fuerza electromotrz inducida en el rotor por fase. [V]

Ie= Corriente de fase en el estator. [A]

Ir= Corriente de fase en el rotor. [A]

Io= Corriente de fase en vaco. [A]

a = Relacin de tranformacin.

Ne= Nmero efectivo de espiras en serie por fase en el estator.

Nr= Nmero efectivo de espiras en serie por fase en el rotor.

Aplicando la relacin de transformacin y reduciendo el circuito se obtiene el siguiente esque-

ma:


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Figura 1.3: Circuito equivalente aproximado de un motor de induccin trifsico.

1.3.1. Parametros del motor

Para lograr encontrar los parmetros de un motor de induccin y construir su circuito equi-

valente, es necesario realizar tres pruebas las cuales ayudarn a vericar el comportamiento

de la mquina. Dichas pruebas son denominadas: prueba de la resistencia, prueba de vaco y

prueba de rotor bloqueado.

1.3.1.1. Prueba de la resistencia:

Tambin es llamado prueba DC, en la cual se busca obtener un valor aproximado de la resis-

tencia del estator (Re).

Consiste en aplicar al estator del motor una voltaje el cual produzca una corriente aproximada

a la corriente nominal en corriente alterna. Se toman medidas de fase (conexin en Y) y se

calcula mediante la siguiente ecuacin:

Re = R1 =VDC

2 IDC (1.5)


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Figura 1.4: Montaje para la prueba de corriente directa o prueba de la resistencia

1.3.1.2. Prueba de vaco:

En sta prueba el deslizamiento (S) es aproximadamente igual a 0, ya que el rotor gira libre-

mente. Se pretende llevar el voltaje trifsico de alimentacin hasta el nominal que permite el

motor conectado en

Figura 1.5: Montaje de la prueba de vaco de un motor de induccin trifsico.

Esta prueba tiene como objetivo encontrar la impedancia caracterstica del estator y del ncleo

del motor.

Para hallar el valor aproximado se utiliza la siguiente ecuacin:

Zoc = Xe +Xm (1.6)

1.3.1.3. Prueba de rotor bloqueado:

Esta prueba consiste en detener mediante un bloqueo mecnico el rotor del motor por lo que

el deslizamiento de la mquina (S) tendr un valor igual a uno (1). Se debe elevar el voltaje de

alimentacin trifsico hasta alcanzar una corriente nominal dada por la placa de la mquina.


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Figura 1.6: Montaje para la prueba de corto o de rotor bloqueado

Esta prueba mide las prdidas en las bobinas o prdidas por dispersin de ujo totales de la

mquina.

Las ecuaciones para poder determinar dichos parmetros se muestran a continuacin:

ZRB = RRB + jXRB (1.7)

de la ecuacin 7 podemos inferir que tenemos

(Re +Rr) + (j(Xe +Xr)) (1.8)

ZRB =VRBIRB(1.9)

Donde:

RRBes la resistencia de rotor bloqueado.

VRB= Voltaje por fase de rotor bloqueado.

IRB= Corriente por fase de rotor bloqueado.

ZRB= Impedancia de rotor bloqueado.

1.3.1.4. Clases de diseo de motores de induccin:

La National Electric ManufacturersAssociation (NEMA) y la International Electrotechnical-

Comision (IEC), han desarrollado un sistema de identicacin mediante letras para los motores

comerciales, segn las curvas caractersticas par-velocidad para cada diseo.


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Figura 1.7: Curva caracterstica par-velocidad para cada clase de motor de induccin

1.3.1.5. DISEO CLASE A

Es un motor de jaula de ardilla para usarse a velocidadconstante. Sus principales caractersticas

son:

Buena capacidad de disipacin de calor.

Alta resistencia y baja reactancia al arranque.

El par mximo est entre 200% y 300% del par de plena cargay ocurre a un bajo

deslizamiento.

Aceleracin bastante rpidahacia la velocidad nominal.

Presenta la mejor regulacin develocidad, entre el 2 y 4%.

Desafortunadamente su corrientede arranque vara entre 5 y 7veces la corriente nominal.

Han sido reemplazados por los motores de diseo clase B enlos ltimos aos.

1.3.1.6. DISEO CLASE B

Se les llama motores de propsito general y a este tipopertenecen la mayora de los motores

con rotor de jaula de ardilla. A continuacin se resumen sus caractersticas:

Par de arranque normal, baja corriente de arranque y bajodeslizamiento.

Produce casi el mismo par de arranque que el diseo anterior.

El par mximo es mayor o igual al 200% el par de carganominal.


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Deslizamiento bajo (menor del 5%).

Se preeren sobre los diseos de claseA por requerir pocacorriente de arranque.

1.3.1.7. DISEO CLASE C

Alto par de arranque (entre 2 y 2.5 veces el nominal) con bajascorrientes de arranque (de 3.5

a 5 veces la nominal).

Son construidos con un rotor de doble jaula (ms costosos).

Bajo deslizamiento (menos del 5%) a plena carga.

Debido a su alto par de arranque, acelera rpidamente.

Cuando se emplea con cargas pesadas, se limita la disipacintrmica del motor, ya que

la mayor parte de la corriente seconcentra en el devanado superior.

Tiende a sobrecalentarse con arranques frecuentes.

Se utilizan para cargas con alto par de arranque, como bombas,compresores y transpor-

tadores.

1.3.1.8. DISEO CLASE D

Tambin conocidos como de alto par y alta resistencia.

Alto par de arranque (275% o ms del nominal) y baja corrientede arranque.

Alto deslizamiento a plena carga.

La alta resistencia del rotor desplaza el par mximo hacia unavelocidad muy baja.

Diseado para servicio pesado dearranque, en especial grandesvolantes utilizados en

troqueladoras o cortadoras.

Tambin existen las clases E y F, llamadosmotores de induccinde arranque suave,pero

obsoletos hoy en da

1.4. Palabras clave

Rotor, estator, corriente nominal, voltaje nominal, rotor bloqueado, ujo de dispersin.


Captulo 2

Desarrollo experimental

2.1. Descripcin de procedimientos experimentales

2.1.1. Parmetros del motor de induccin

2.1.1.1. Datos caractersticos del motor de induccin:

Se observo la placa caracterstica del motor de induccin DL1022 de la marca DeLorenzo..

2.1.1.2. Prueba de la resistencia:

Se aplic al estator del motor una voltaje DC y se llev hasta la corriente nominal en conexin

Y registrada en la placa (ver anexos, gura 1). Se toman medidas de fase.

2.1.1.3. Prueba de vaco:

Se pretende llevar el voltaje trifsico de alimentacin hasta el nominal que permite el motor

conectado en (ver anexos, gura 1). Se registran las medidas de corriente, voltaje y potenciaelctrica trifsica.

2.1.1.4. Prueba de rotor bloqueado:

Se debe elevar el voltaje de alimentacin trifsico hasta alcanzar una corriente nominal en

Y dada por la placa de la mquina. (ver anexo, gura 1). Se toman medidas de corriente,

voltaje y potencia elctrica trifsica.

2.2. Resumen de resultados experimentales

2.2.1. Parametros del motor de induccin.

2.2.1.1. PRUEBA DE LA RESISTENCIA O DC

Luego de hacer la respectiva conexin en Y de la gura 1.4 (captulo 1), se registraron los

valores de voltaje y corriente en DC, consignados en la siguiente tabla:

12

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Conexin (Y) V[Vdc] I[Adc]

U-V 19,8 2,859

V-W 19,85 2,86

W-U 19,87 2,846

Cuadro 2.1: Tabla de datos obtenidos para la prueba de corriente directa

2.2.1.2. PRUEBA DE VACO

Se hace la conexin en Delta de la gura 1.5 (captulo 1), se toma un voltaje de referencia yse miden con el mdulo de potencia, los voltajes y corrientes de linea y su respectiva potencia;

los datos estn registrados en la siguiente tabla:

Vref [V] VL1-VL2 VL2-VL3 I1[A] I2[A] I3[A] P3[W]

210 207 210 2,04 2,14 2,6 210

220 219 223 2,16 2,39 2,83 210

230 230 231 2,35 2,5 3,08 210

Cuadro 2.2: Datos obtenidos en para la prueba de vaco

2.2.1.3. PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO

Se hace la conexin en Delta de la gura 1.5 (captulo 1), se toma una corriente de referenciay se miden con el mdulo de potencia, los voltajes y corrientes de linea y su respectiva potencia;

los datos estn registrados en la siguiente tabla:

Iref [A] VL1-VL2 VL2-VL3 VL3-VL1 I1[A] I2[A] I3[A] P3[W]

4,8 29 30 30 4,79 4,88 4,9 160

4,9 29 30 29 4,7 4,97 4,79 165

5 30 32 30 5,01 5,09 5,13 170

Cuadro 2.3: Datos obtenidos en para la prueba de rotor bloqueado


Captulo 3

Desarrollo terico y anlisis de

resultados

3.1. PARAMETROS DEL MOTOR DE INDUCCION

3.1.1. Calculos prueba de la resistencia

De acuerdo con lo planteado en la ecuacin (5), se calcular el valor de la resistencia R1 del

modelo aproximado del motor:

Y V (Vdc) I(Adc) R1(Vdc/(2*Idc))

U-V 19,8 2,859 3,462

V-W 19,85 2,86 3,470

W-U 19,87 2,846 3,490

PROMEDIO 3,474

Cuadro 3.1: Calculos resisistencia del motor

3.1.2. Calculos prueba de vacio

De acuerdo con lo planteado en la ecuacion 6, se calcular la impedancia caracterstica del

estator y del ncleo del motor:

V(V) I(A) P(W) Pin(W) Zoc

209 2,26 210 156,75 92,48

220,66 2,46 21O 146,91 89,7

230,33 2,64 210 137,16 87,14

Cuadro 3.2: Calculos impedancia caracteristica del estator.

3.1.3. Calculos prueba de rotor bloqueado

De acuerdo con lo planteado en las ecuacines (7,8 y 9), se calcularan las prdidas en las

bobinas o prdidas por dispersin de ujo totales de la mquina.

14

Maquinas Elctricas



V(V) I(A) P(W) Zrb

29,66 4,85 165 6,10

29,33 4,82 165 6,08

30,66 5,07 165 6,04

Cuadro 3.3: Calculo de perdidas en las bobinas

3.2. Anlisis de resultados

Para encontrar los valores anteriormente calculados, se tomaron los valores hallados ex-

perimentalmente y se realizo un promedio, luego se aplicaron las formulas anteriormente

descritas.

Se encontr que para cada una de las pruebas (prueba dc, prueba de vacio y prueba de

rotor bloqueado), los valores hallados de la resistencia del estator, impedancia caracte-

ristica del estator y la impedancia de perdidas en las bobinas, se encuentran de acuerdo

con los visto en la teora.


Captulo 4

Conclusiones

4.1. Conclusiones

Determinar de los parmetros del circuito equivalente del motor de induccin por medio

de la prueba en dc, los ensayos en vacio y a rotor bloqueado.

Validar los conocimientos teoricos adquiridos por medio de la practica.

16

Captulo 5

Anexos

5.0.1. Anexo 1 PLACA DEL MOTOR DE INDUCCIN DL1022 DE LA

MARCA DE LORENZO

Figura 5.1: Placa motor DL1022

17

Bibliografa

[1] S. Chapman, Motores de induccion, in Mquinas elctricas, E Rozo, Ed. Mc

Graw Hill, Santa F de Bogot, 2000, pp.387-482.

18

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