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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PER FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERA
DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIN DE ENSAYOS CARACTERSTICOS DE
MQUINAS ELCTRICAS ASNCRONAS: Diseo e Implementacin de un Instrumento Virtual para el Anlisis de los
Resultados de los Ensayos Caractersticos de un Motor Asncrono Trifsico en Entorno LabVIEW
Tesis para optar el Ttulo de Ingeniero Electrnico, que presenta el bachiller:
Julio Diego Rodriguez Reategui
ASESOR: Ing. Oscar Melgarejo Ponte
Lima, enero del 2013

RESUMEN
En la actualidad, la utilizacin de los instrumentos virtuales ha venido incrementndose en
aplicaciones enfocadas a las ciencias e ingeniera. Esto se debe a que, a diferencia de los
instrumentos tradicionales de laboratorio, estas son herramientas basadas en software,
las cuales utilizan el hardware de una computadora o estacin de trabajo para realizar las
tareas para las cuales han sido diseadas, lo cual le da grandes ventajas como una
mayor portabilidad, personalizacin, adaptabilidad e interconectividad con otros sistemas.
El objetivo de la tesis es la utilizacin de un entorno de desarrollo creado por la empresa
National Instruments, llamado LabVIEW. En dicho entorno, se disear e implementar un
instrumento virtual, cuyo propsito es el de ser usado para el anlisis de los resultados
obtenidos en el proceso de ejecucin de los ensayos caractersticos realizados a un motor
asncrono trifsico. Para ello, el instrumento virtual deber ser capaz de establecer una
comunicacin con un hardware externo encargado de llevar a cabo dichos ensayos de
forma automtica. Dicha comunicacin enlazar al instrumento virtual con una tarjeta de
adquisicin de datos, lo cual permitir al usuario del instrumento, ingresar datos de placa
y parmetros de ensayo pertinentes, para que estos sean enviados al resto del sistema
para la correcta realizacin de los ensayos. As mismo, el instrumento virtual debe ser
capaz de usar esta comunicacin para recibir valores correspondientes a los resultados
de los ensayos realizados en dicha mquina elctrica, provenientes de la tarjeta de
adquisicin de datos mencionada.
Utilizando los valores obtenidos durante el desarrollo de los ensayos, el instrumento
realizar clculos matemticos pre-programados con la finalidad de poder mostrar en
pantalla los parmetros del circuito elctrico equivalente y las grficas caractersticas
correspondientes para el anlisis del motor asncrono trifsico ensayado con el fin de
describir, de forma grfica, su comportamiento y eficiencia.

NDICE GENERAL
INTRODUCCIN 1
CAPTULO 1: MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS
1.1 DEFINICIN DE MQUINAS ELCTRICAS ROTATIVAS 2
1.2 EL MOTOR ASNCRONO TRIFSICO 2
1.2.1 ANLISIS DE LOS MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS 3
1.2.1.1 ENSAYOS TPICOS Y DETERMINACIN DE PARMETROS 3
1.2.1.2 OBTENCIN DE GRFICAS 12
1.3 DECLARACIN DE LA PROBLEMTICA 15
CAPITULO 2: INSTRUMENTOS VIRTUALES
2.1 ESTADO DEL ARTE 16
2.2 INSTRUMENTOS TRADICIONALES E INSTRUMENTOS VIRTUALES 16
2.3 ENTORNOS DE DESARROLLO 20
2.3.1 LENGUAJE DE PROGRAMACIN C/C++ 20
2.3.2 MATLAB 20
2.3.3 LABVIEW 21
CAPITULO 3: PLANTEAMIENTO DE UN INSTRUMENTO VIRTUAL PARA EL ANLISIS DE MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS EN BASE A SUS ENSAYOS CARACTERSTICOS UTILIZANDO EL ENTORNO DE PROGRAMACIN GRFICO LABVIEW
3.1 CONSIDERACIONES IMPORTANTES 22
3.2 DESCRIPCIN DE LAS ETAPAS QUE CONFORMAN EL SISTEMA DE
AUTOMATIZACIN DE ENSAYOS CARACTERSTICOS DE UN MOTOR
ASNCRONO TRIFSICO 22
3.2.1 ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO DE LAS SEALES PROVENIENTES
DE LA MQUINA ELCTRICA ENSAYADA 22

3.2.2 ETAPA DE ADQUISICIN DE DATOS Y DIGITALIZACIN DE SEALES
PROVENIENTES DE LA ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO DE LAS
SEALES SENSADAS 23
3.2.3 ETAPA DE CONTROL DE ALIMENTACIN DEL MOTOR ASNCRONO
TRIFSICO 23
3.2.4 ETAPA DEL INSTRUMENTO VIRTUAL PARA LA ADQUISICIN,
PROCESAMIENTO Y MUESTRA EN PANTALLA DE RESULTADOS
OBTENIDOS 24
3.2.5 DIAGRAMA DE BLOQUES 24
3.3 OBJETIVOS 25
3.3.1 OBJETIVO PRINCIPAL 25
3.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS 26
3.4 REQUERIMIENTOS DE DISEO 26
3.5 DESCRIPCIN Y JUSTIFICACIN DEL DISEO DEL INSTRUMENTO
VIRTUAL 27
3.5.1 DESCRIPCIN DEL DISEO 27
3.5.2 SELECCIN DEL PROTOCOLO DE COMUNICACIN 28
3.5.2.1 ELECCIN Y JUSTIFICACIN 29
3.5.3 ELECCIN DEL PROTOCOLO INTERNO DE ENVO Y RECEPCIN DE
DATOS 29
3.5.3.1 JUSTIFICACIN 31
3.5.4 ELECCIN DEL ENTORNO DE DESARROLLO DEL INSTRUMENTO
VIRTUAL 32
3.5.4.1 JUSTIFICACIN 32
3.6 DISEO DEL INSTRUMENTO VIRTUAL 33
3.6.1 PROGRAMA PRINCIPAL 33
3.6.1.1 DIAGRAMA DE FLUJO 33
3.6.1.2 DIAGRAMA DE BLOQUES 35
3.6.2 ETAPA DE REGISTRO Y ENVO DE DATOS DE PLACA Y PARMETROS
DE ENSAYO 36
3.6.3 ETAPA DE RECEPCIN Y ALMACENAMIENTO DE DATOS 38

3.6.4 ETAPA DE CLASIFICACIN DE DATOS RECIBIDOS 41
3.6.5 ETAPA DE CLCULO DEL CIRCUITO ELCTRICO EQUIVALENTE 43
3.6.6 ETAPA DE CLCULO Y MUESTRA EN PANTALLA DE CURVAS
CARACTERSTICAS 45
3.6.7 ETAPA DE CLCULO Y MUESTRA EN PANTALLA DE CURVAS
CARACTERSTICAS DE ARRANQUE 47
3.7 DETALLE ECONMICO 49
CAPITULO 4: IMPLEMENTACIN, PRUEBAS Y RESULTADOS
4.1 DETALLES DEL MOTOR A ENSAYAR 50
4.2 IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIN DE ENSAYOS
COMPLETO 51
4.2.1 ETAPA DEL INSTRUMENTO VIRTUAL EN LABVIEW 52
4.3 FUNCIONAMIENTO DE LA INTERFAZ DE CONFIGURACIN DE
PARMETROS Y RECEPCIN DE DATOS 53
4.4 OBTENCIN DE VALORES DE LOS ENSAYOS DEL MOTOR ASNCRONO
UTILIZANDO EL SISTEMA DE AUTOMATIZACIN DE ENSAYOS 53
4.5 VISUALIZACIN Y ANLISIS DE RESULTADOS 58
4.5.1 GRFICA DE PRDIDAS EN VACO 59
4.5.2 GRFICA DE PRDIDAS EN EL COBRE 60
4.5.3 GRFICAS CARACTERSTICAS DEL COMPORTAMIENTO DEL MOTOR
SEGN LA VELOCIDAD DE GIRO 60
4.5.4 GRFICAS DE EFICIENCIA DEL MOTOR 62
4.5.5 CIRCUITO ELCTRICO EQUIVALENTE 63

4.5.6 CURVAS CARACTERSTICAS DE ARRANQUE 65
CONCLUSIONES 66
RECOMENDACIONES 67
BIBLIOGRAFA 68

NDICE DE TABLAS Y GRFICOS
Figura 1.1: Esquema de instrumentos de medida instalados para la realizacin del ensayo en vaco a un motor asncrono trifsico 4
Figura 1.2: Conversiones de valores de lnea a fase segn el tipo de conexin 5
Figura 1.3: Circuito elctrico equivalente por fase obtenido mediante el ensayo en vaco 5
Figura 1.4: Esquema de instrumentos de medida colocados para la realizacin del ensayo a rotor bloqueado para motor asncrono trifsico 7
Figura 1.5: Circuito elctrico equivalente por fase obtenido mediante el ensayo a rotor bloqueado 7
Tabla 1.1: Relacin de reactancias segn la clasificacin NEMA para los motores 8
Figura 1.6: Circuito elctrico equivalente total, hallado usando los parmetros obtenidos en los ensayos de vaco y a rotor bloqueado 9
Figura 1.7: Ensayo con carga para motor asncrono trifsico 10
Figura 3.1: Diagrama de bloques del sistema completo con nfasis en el asunto de estudio de la presente tesis 25
Figura 3.2: Primera parte del diagrama de flujo del programa principal 34
Figura 3.3: Segunda parte del diagrama de flujo del programa principal 35
Figura 3.4: Diagrama de bloques de configuracin y envo de datos de placa por serial 36
Figura 3.5: Diagrama de flujo de registro y envo de parmetros de ensayo y datos de placa 37
Figura 3.6: Diagrama de bloques de registro y envo de parmetros de ensayo y datos de placa 38
Figura 3.7: Diagrama de flujo de la etapa de recepcin y almacenamiento de datos 39
Figura 3.8: Diagrama de bloques de la etapa de recepcin y almacenamiento de datos 40
Figura 3.9: Diagrama de flujo de la etapa de clasificacin de datos recibidos 42
Figura 3.10: Diagrama de bloques de la etapa de clasificacin de datos recibidos 43

Figura 3.11: Diagrama de flujo simplificado de la etapa de clculo de parmetros de circuito elctrico equivalente 44
Figura 3.12: Diagrama de bloques de la etapa de clculo de parmetros de circuito elctrico equivalente 45
Figura 3.13: Diagrama de flujo simplificado de la etapa de clculo y muestra de curvas caractersticas 46
Figura 3.14: Diagrama de bloques de la etapa de clculo y muestra de curvas caractersticas 47
Figura 3.15: Diagrama de flujo simplificado de la etapa de clculo y muestra de cu

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