DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE...

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DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA CON LA NORMA NTC 5642-2008 ANDRÉS FELIPE RINCÓN DAVID ALEXANDER OSPINA JARAMILLO UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍA PROGRAMA DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA PEREIRA 2013

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DETERMINACIOacuteN DE PARAacuteMETROS PARA EL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO DE JAULA DE ARDILLA CON LA NORMA NTC 5642-2008

ANDREacuteS FELIPE RINCOacuteN DAVID

ALEXANDER OSPINA JARAMILLO

UNIVERSIDAD TECNOLOacuteGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGIacuteA

PROGRAMA DE TECNOLOGIacuteA ELEacuteCTRICA PEREIRA

2013

DETERMINACIOacuteN DE PARAacuteMETROS PARA EL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO DE JAULA DE ARDILLA CON LA NORMA NTC 5642-2008

ANDREacuteS FELIPE RINCOacuteN DAVID

ALEXANDER OSPINA JARAMILLO

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al tiacutetulo de Tecnoacutelogo en Electricidad

Director MSc Andreacutes Felipe Panesso Hernaacutendez

Profesor Auxiliar

UNIVERSIDAD TECNOLOacuteGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGIacuteA

PROGRAMA DE TECNOLOGIacuteA ELEacuteCTRICA PEREIRA

2013

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Nota de aceptacioacuten

_____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________

_____________________________ Director

Ingeniero Electricista MSc Andreacutes Felipe Panesso Hernaacutendez

_____________________________ Jurado

Ingeniero Electricista PhD Carlos Julio Zapata Grisales

_____________________________ Director del programa de

Tecnologiacutea Eleacutectrica Ingeniero Electricista MSc(c)

Santiago Goacutemez Estrada Pereira Diciembre de 2013

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Te doy gracias Sentildeor

Dios de todo

porque en todo lo miacuteo

Tuacute intervienes

porque es constante y eterno

tu amor conmigo

Salmo 136

Andreacutes Felipe Rincoacuten

5

AGRADECIMIENTOS Quisiera agradecer a Dios a mi familia a mi padre madre y hermanos y cada una de las personas que han vivido conmigo la realizacioacuten de este trabajo de grado al profesor Andreacutes Felipe Panesso gracias por su colaboracioacuten entrega y paciencia de todo corazoacuten les agradezco a todos el haberme brindado todo el apoyo aacutenimo pero sobre todo el carintildeo y la amistad mil gracias Andreacutes Felipe Rincoacuten Para el presente trabajo de grado primero quiero agradecer a Dios por bendecirme para llegar hasta donde he llegado porque hiciste realidad este suentildeo anhelado A la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional A mi director de proyecto Andreacutes Panesso por su esfuerzo y dedicacioacuten quien con sus conocimientos su experiencia su paciencia y su motivacioacuten ha logrado que hoy estemos aquiacute Agradezco a mis padres y a mis hermanos por darme todo su apoyo Tambieacuten me gustariacutea agradecer a mis profesores durante toda mi carrera porque todos han aportado con un granito de arena a mi formacioacuten Alexander Ospina

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CONTENIDO

paacuteg CONTENIDO 6 LISTA DE TABLAS 8 LISTA DE FIGURAS 9 RESUMEN 10

1 INTRODUCCIOacuteN 11 11 Definicioacuten del problema 11 12 Motivacioacuten 11

13 Objetivos 12 131 Objetivo general 12 132 Objetivos especiacuteficos 12

14 Estructura del documento 12 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN 13 21 Introduccioacuten 13

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico 13 23 Principio de funcionamiento 14

24 Particularidades del motor de induccioacuten 16 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado 16 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico 17

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS 19 31 Introduccioacuten 19

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros 19 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 23

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008 32 41 Introduccioacuten 32

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten 32 422 Requisitos para hacer la praacutectica 32 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD 34 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores34 425 Resistencia del devanado del estator Rs 35

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe 35 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls 36 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ 36

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente 37

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

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LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

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siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 2: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

DETERMINACIOacuteN DE PARAacuteMETROS PARA EL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO DE JAULA DE ARDILLA CON LA NORMA NTC 5642-2008

ANDREacuteS FELIPE RINCOacuteN DAVID

ALEXANDER OSPINA JARAMILLO

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al tiacutetulo de Tecnoacutelogo en Electricidad

Director MSc Andreacutes Felipe Panesso Hernaacutendez

Profesor Auxiliar

UNIVERSIDAD TECNOLOacuteGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGIacuteA

PROGRAMA DE TECNOLOGIacuteA ELEacuteCTRICA PEREIRA

2013

3

Nota de aceptacioacuten

_____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________

_____________________________ Director

Ingeniero Electricista MSc Andreacutes Felipe Panesso Hernaacutendez

_____________________________ Jurado

Ingeniero Electricista PhD Carlos Julio Zapata Grisales

_____________________________ Director del programa de

Tecnologiacutea Eleacutectrica Ingeniero Electricista MSc(c)

Santiago Goacutemez Estrada Pereira Diciembre de 2013

4

Te doy gracias Sentildeor

Dios de todo

porque en todo lo miacuteo

Tuacute intervienes

porque es constante y eterno

tu amor conmigo

Salmo 136

Andreacutes Felipe Rincoacuten

5

AGRADECIMIENTOS Quisiera agradecer a Dios a mi familia a mi padre madre y hermanos y cada una de las personas que han vivido conmigo la realizacioacuten de este trabajo de grado al profesor Andreacutes Felipe Panesso gracias por su colaboracioacuten entrega y paciencia de todo corazoacuten les agradezco a todos el haberme brindado todo el apoyo aacutenimo pero sobre todo el carintildeo y la amistad mil gracias Andreacutes Felipe Rincoacuten Para el presente trabajo de grado primero quiero agradecer a Dios por bendecirme para llegar hasta donde he llegado porque hiciste realidad este suentildeo anhelado A la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional A mi director de proyecto Andreacutes Panesso por su esfuerzo y dedicacioacuten quien con sus conocimientos su experiencia su paciencia y su motivacioacuten ha logrado que hoy estemos aquiacute Agradezco a mis padres y a mis hermanos por darme todo su apoyo Tambieacuten me gustariacutea agradecer a mis profesores durante toda mi carrera porque todos han aportado con un granito de arena a mi formacioacuten Alexander Ospina

6

CONTENIDO

paacuteg CONTENIDO 6 LISTA DE TABLAS 8 LISTA DE FIGURAS 9 RESUMEN 10

1 INTRODUCCIOacuteN 11 11 Definicioacuten del problema 11 12 Motivacioacuten 11

13 Objetivos 12 131 Objetivo general 12 132 Objetivos especiacuteficos 12

14 Estructura del documento 12 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN 13 21 Introduccioacuten 13

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico 13 23 Principio de funcionamiento 14

24 Particularidades del motor de induccioacuten 16 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado 16 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico 17

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS 19 31 Introduccioacuten 19

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros 19 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 23

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008 32 41 Introduccioacuten 32

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten 32 422 Requisitos para hacer la praacutectica 32 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD 34 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores34 425 Resistencia del devanado del estator Rs 35

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe 35 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls 36 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ 36

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente 37

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

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eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 3: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

3

Nota de aceptacioacuten

_____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________

_____________________________ Director

Ingeniero Electricista MSc Andreacutes Felipe Panesso Hernaacutendez

_____________________________ Jurado

Ingeniero Electricista PhD Carlos Julio Zapata Grisales

_____________________________ Director del programa de

Tecnologiacutea Eleacutectrica Ingeniero Electricista MSc(c)

Santiago Goacutemez Estrada Pereira Diciembre de 2013

4

Te doy gracias Sentildeor

Dios de todo

porque en todo lo miacuteo

Tuacute intervienes

porque es constante y eterno

tu amor conmigo

Salmo 136

Andreacutes Felipe Rincoacuten

5

AGRADECIMIENTOS Quisiera agradecer a Dios a mi familia a mi padre madre y hermanos y cada una de las personas que han vivido conmigo la realizacioacuten de este trabajo de grado al profesor Andreacutes Felipe Panesso gracias por su colaboracioacuten entrega y paciencia de todo corazoacuten les agradezco a todos el haberme brindado todo el apoyo aacutenimo pero sobre todo el carintildeo y la amistad mil gracias Andreacutes Felipe Rincoacuten Para el presente trabajo de grado primero quiero agradecer a Dios por bendecirme para llegar hasta donde he llegado porque hiciste realidad este suentildeo anhelado A la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional A mi director de proyecto Andreacutes Panesso por su esfuerzo y dedicacioacuten quien con sus conocimientos su experiencia su paciencia y su motivacioacuten ha logrado que hoy estemos aquiacute Agradezco a mis padres y a mis hermanos por darme todo su apoyo Tambieacuten me gustariacutea agradecer a mis profesores durante toda mi carrera porque todos han aportado con un granito de arena a mi formacioacuten Alexander Ospina

6

CONTENIDO

paacuteg CONTENIDO 6 LISTA DE TABLAS 8 LISTA DE FIGURAS 9 RESUMEN 10

1 INTRODUCCIOacuteN 11 11 Definicioacuten del problema 11 12 Motivacioacuten 11

13 Objetivos 12 131 Objetivo general 12 132 Objetivos especiacuteficos 12

14 Estructura del documento 12 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN 13 21 Introduccioacuten 13

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico 13 23 Principio de funcionamiento 14

24 Particularidades del motor de induccioacuten 16 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado 16 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico 17

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS 19 31 Introduccioacuten 19

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros 19 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 23

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008 32 41 Introduccioacuten 32

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten 32 422 Requisitos para hacer la praacutectica 32 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD 34 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores34 425 Resistencia del devanado del estator Rs 35

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe 35 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls 36 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ 36

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente 37

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

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6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

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[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

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55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 4: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

4

Te doy gracias Sentildeor

Dios de todo

porque en todo lo miacuteo

Tuacute intervienes

porque es constante y eterno

tu amor conmigo

Salmo 136

Andreacutes Felipe Rincoacuten

5

AGRADECIMIENTOS Quisiera agradecer a Dios a mi familia a mi padre madre y hermanos y cada una de las personas que han vivido conmigo la realizacioacuten de este trabajo de grado al profesor Andreacutes Felipe Panesso gracias por su colaboracioacuten entrega y paciencia de todo corazoacuten les agradezco a todos el haberme brindado todo el apoyo aacutenimo pero sobre todo el carintildeo y la amistad mil gracias Andreacutes Felipe Rincoacuten Para el presente trabajo de grado primero quiero agradecer a Dios por bendecirme para llegar hasta donde he llegado porque hiciste realidad este suentildeo anhelado A la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional A mi director de proyecto Andreacutes Panesso por su esfuerzo y dedicacioacuten quien con sus conocimientos su experiencia su paciencia y su motivacioacuten ha logrado que hoy estemos aquiacute Agradezco a mis padres y a mis hermanos por darme todo su apoyo Tambieacuten me gustariacutea agradecer a mis profesores durante toda mi carrera porque todos han aportado con un granito de arena a mi formacioacuten Alexander Ospina

6

CONTENIDO

paacuteg CONTENIDO 6 LISTA DE TABLAS 8 LISTA DE FIGURAS 9 RESUMEN 10

1 INTRODUCCIOacuteN 11 11 Definicioacuten del problema 11 12 Motivacioacuten 11

13 Objetivos 12 131 Objetivo general 12 132 Objetivos especiacuteficos 12

14 Estructura del documento 12 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN 13 21 Introduccioacuten 13

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico 13 23 Principio de funcionamiento 14

24 Particularidades del motor de induccioacuten 16 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado 16 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico 17

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS 19 31 Introduccioacuten 19

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros 19 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 23

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008 32 41 Introduccioacuten 32

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten 32 422 Requisitos para hacer la praacutectica 32 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD 34 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores34 425 Resistencia del devanado del estator Rs 35

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe 35 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls 36 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ 36

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente 37

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

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2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

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El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

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siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

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eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

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3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

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Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

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Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 5: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

5

AGRADECIMIENTOS Quisiera agradecer a Dios a mi familia a mi padre madre y hermanos y cada una de las personas que han vivido conmigo la realizacioacuten de este trabajo de grado al profesor Andreacutes Felipe Panesso gracias por su colaboracioacuten entrega y paciencia de todo corazoacuten les agradezco a todos el haberme brindado todo el apoyo aacutenimo pero sobre todo el carintildeo y la amistad mil gracias Andreacutes Felipe Rincoacuten Para el presente trabajo de grado primero quiero agradecer a Dios por bendecirme para llegar hasta donde he llegado porque hiciste realidad este suentildeo anhelado A la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira por darme la oportunidad de estudiar y ser un profesional A mi director de proyecto Andreacutes Panesso por su esfuerzo y dedicacioacuten quien con sus conocimientos su experiencia su paciencia y su motivacioacuten ha logrado que hoy estemos aquiacute Agradezco a mis padres y a mis hermanos por darme todo su apoyo Tambieacuten me gustariacutea agradecer a mis profesores durante toda mi carrera porque todos han aportado con un granito de arena a mi formacioacuten Alexander Ospina

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CONTENIDO

paacuteg CONTENIDO 6 LISTA DE TABLAS 8 LISTA DE FIGURAS 9 RESUMEN 10

1 INTRODUCCIOacuteN 11 11 Definicioacuten del problema 11 12 Motivacioacuten 11

13 Objetivos 12 131 Objetivo general 12 132 Objetivos especiacuteficos 12

14 Estructura del documento 12 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN 13 21 Introduccioacuten 13

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico 13 23 Principio de funcionamiento 14

24 Particularidades del motor de induccioacuten 16 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado 16 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico 17

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS 19 31 Introduccioacuten 19

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros 19 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 23

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008 32 41 Introduccioacuten 32

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten 32 422 Requisitos para hacer la praacutectica 32 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD 34 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores34 425 Resistencia del devanado del estator Rs 35

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe 35 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls 36 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ 36

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente 37

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

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1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

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13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

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2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

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eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 6: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

6

CONTENIDO

paacuteg CONTENIDO 6 LISTA DE TABLAS 8 LISTA DE FIGURAS 9 RESUMEN 10

1 INTRODUCCIOacuteN 11 11 Definicioacuten del problema 11 12 Motivacioacuten 11

13 Objetivos 12 131 Objetivo general 12 132 Objetivos especiacuteficos 12

14 Estructura del documento 12 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN 13 21 Introduccioacuten 13

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico 13 23 Principio de funcionamiento 14

24 Particularidades del motor de induccioacuten 16 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado 16 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico 17

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS 19 31 Introduccioacuten 19

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros 19 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 23

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008 32 41 Introduccioacuten 32

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten 32 422 Requisitos para hacer la praacutectica 32 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD 34 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores34 425 Resistencia del devanado del estator Rs 35

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe 35 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls 36 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ 36

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente 37

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 7: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

7

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um 38 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor 38

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) 38 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator 39

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten 41 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 41 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados 51 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 51 Conclusiones generales 53

52 Recomendaciones 53 6 BIBLIOGRAFIacuteA 54

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

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[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

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55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 8: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

8

LISTA DE TABLAS

paacuteg

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor 21 Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM 23 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM 24

Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM 24 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 25 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM26

Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4 28 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4 28 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 29

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 30 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 30

Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4 31 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD 41 Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM 42

Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM 43 Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15 44

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16 44 Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 45

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 46 Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 46

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 46 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD 47 Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4 47

Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4 48 Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24 48 Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 49

Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25 49 Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28 49 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma 50 Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma 51

Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM 51 Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4 52

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

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55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 9: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

9

LISTA DE FIGURAS

paacuteg Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico 17 Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico 21 Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo 21 Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga 22

Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM 23 Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes 27

Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM 27 Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4 28

Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica 29 Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio 31 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T 34

Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 34

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro) 35 Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4 42

Figura 15 Encendido del motor del grupo 5 43

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM 45 Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4 50

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 10: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

10

RESUMEN En este trabajo se realiza una implementacioacuten de la norma NTC 5642-2008 en el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira haciendo una comparacioacuten de los resultados obtenidos aplicando dicha norma con respecto a la guiacutea de trabajo que se utiliza en la asignatura Laboratorio de Maacutequinas del Programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica para determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla El objetivo de esta comparacioacuten entre la norma NTC 5642-2008 y la guiacutea de laboratorio actual es lograr que al realizar las pruebas en la praacutectica de laboratorio los resultados sean maacutes confiables al momento de determinar los paraacutemetros de dicho motor es decir contar con un punto de referencia maacutes preciso

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 11: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

11

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Definicioacuten del problema En el Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira se realizan procedimientos y praacutecticas basadas en textos acadeacutemicos tales como las referencias bibliograacuteficas [1] y [2] Estos procedimientos son sencillos de implementar y permiten obtener el circuito equivalente de la maacutequina de induccioacuten de forma aproximada Para verificar la exactitud de los ensayos propuestos en los textos acadeacutemicos se pretende emplear la norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] y asiacute mejorar los ensayos que se realizan actualmente en el laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas Entre los procedimientos aplicados se realiza la parametrizacioacuten de la maacutequina de induccioacuten trifaacutesica (jaula de ardilla o rotor bloqueado) para lo cual se realizan las pruebas de vaciacuteo rotor bloqueado y prueba de carga a dos de los motores que se encuentran en dicho laboratorio Finalmente para la elaboracioacuten de este proyecto se recopilan meacutetodos y ecuaciones utilizadas en diferentes normas y estaacutendares como la NTC 5642-2008 [3] y 5611-2002 [4] el IEEE Std 112-2004 [5] la ANSINEMA MG 1-2003 [6] y la IEC 60034-28 de 2010 [7] Tambieacuten son utilizados como base para la determinacioacuten de dichos paraacutemetros los proyectos de grado y tesis elaborados en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira referentes a la maacutequina de induccioacuten

12 Motivacioacuten Este proyecto se realiza bajo la necesidad de evaluar las pruebas que se realizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas para la parametrizacioacuten del motor de induccioacuten con respecto a la norma NTC 5642-2008 De este modo los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica tendriacutean mayor certeza de los paraacutemetros obtenidos en sus pruebas de laboratorio La norma teacutecnica colombiana NTC 5642-2008 [3] hace referencia a los meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes en los paraacutemetros de los circuitos equivalentes considerando como variable decisiva en la determinacioacuten de los paraacutemetros la temperatura de los devanados y el aislamiento en motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten algo que no se tiene en cuenta en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas en la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Con este proyecto se beneficia a los estudiantes del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira para un mejor desarrollo de su praacutectica de determinacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina asiacutencrona en la asignatura de Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 12: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

12

13 Objetivos

131 Objetivo general Determinar los paraacutemetros para el motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla con la norma NTC 5642-2008

132 Objetivos especiacuteficos

Estudiar las principales caracteriacutesticas el modo de operacioacuten funcionamiento obtencioacuten de paraacutemetros y aplicaciones de los motores de induccioacuten polifaacutesicos

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 del Laboratorio de Maacutequinas Eleacutectricas siguiendo el procedimiento establecido en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas

Realizar pruebas de parametrizacioacuten a los mismos motores de induccioacuten trifaacutesicos del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas utilizados en el objetivo anterior siguiendo el procedimiento establecido en la norma NTC 5642-2008

Comparar los resultados de las pruebas realizadas implementando los procedimientos establecidos en la guiacutea de laboratorio de maacutequinas y la norma NTC 5642-2008

14 Estructura del documento El documento estaacute dividido en seis capiacutetulos que tienen como finalidad presentar de forma organizada la ejecucioacuten y anaacutelisis de cada una de las etapas del presente trabajo de grado En el primer capiacutetulo se presenta una introduccioacuten en la cual se realiza una presentacioacuten formal del presente documento En el segundo capiacutetulo se realiza una conceptualizacioacuten de los aspectos maacutes importantes de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten centraacutendose en el motor trifaacutesico de rotor en jaula de ardilla y enfocado hacia la parametrizacioacuten del mismo Luego en los capiacutetulos tres y cuatro se presentan las pruebas para la determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico utilizando las guiacuteas de laboratorio y la norma teacutecnica colombiana respectivamente Ademaacutes se muestran los resultados de las pruebas realizadas los paraacutemetros calculados y el respectivo anaacutelisis comparativo de eacutestos Finalmente en el quinto capiacutetulo se presentan las conclusiones generales y recomendaciones acerca del trabajo realizado

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 13: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

13

2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN

21 Introduccioacuten El motor de induccioacuten trifaacutesico tambieacuten llamado motor asiacutencrono es hoy diacutea el motor eleacutectrico que maacutes se utiliza en las aplicaciones industriales sobre todo el motor con rotor de jaula de ardilla Este motor es ampliamente utilizado debido a su robustez faacutecil conexioacuten bajo mantenimiento y muacuteltiples opciones de control ademaacutes su costo es relativamente bajo en comparacioacuten con otras maacutequinas rotativas de tamantildeos similares Cuando se hace referencia a los sistemas de control de los motores eleacutectricos es necesario en algunos casos conocer no soacutelo los datos nominales de placa sino tambieacuten algunas caracteriacutesticas propias para su modelado en un sistema maacutes grande Tal es el caso de los accionamientos eleacutectricos cuya determinacioacuten de los paraacutemetros propios del motor y un adecuado modelado ayudan a dimensionar los elementos externos necesarios para un mejor funcionamiento del motor en una aplicacioacuten especiacutefica En este capiacutetulo se presenta un estudio general de la maacutequina polifaacutesica de induccioacuten para luego realizar un acercamiento hacia el motor y su modelo equivalente por fase con sus respectivos paraacutemetros

22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico La maacutequina de induccioacuten o asincroacutenica es una maacutequina de corriente alterna en la cual la velocidad de rotacioacuten del rotor es menor que la del campo magneacutetico del estator y eacutesta a su vez depende de la carga La maacutequina asincroacutenica tiene la propiedad de ser reversible es decir que puede funcionar como motor y como generador El motor de induccioacuten es el motor maacutes utilizado en la industria debido a su fortaleza y simplicidad debido a la ausencia de colector y al hecho de que sus caracteriacutesticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha en velocidad constante Ademaacutes es una maacutequina robusta de faacutecil construccioacuten y mantenimiento Pero al igual que todas las maacutequinas estos motores tambieacuten tienen algunas desventajas como el alto consumo de reactivos El factor de potencia aumenta con la carga mecaacutenica y alcanza su valor maacuteximo a una carga aproximadamente igual a la nominal Con carga inferior a la nominal el factor de potencia se reduce por lo que es conveniente en lo posible trabajar el motor de induccioacuten a una carga cercana a la nominal o plena carga

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

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[7] IEC IEC 60034-28 2010

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 14: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

14

El motor de induccioacuten se puede clasificar en dos grandes conjuntos el de rotor bobinado (Wounded Rotor) y el de rotor en jaula de ardilla (Squirrel Cage) aunque este uacuteltimo es el maacutes comuacuten Sin embargo el circuito equivalente por fase es igual para ambos debido a que su comportamiento es el mismo Una particularidad de los motores eleacutectricos es su relacioacuten entre el par y la velocidad pero dado que existe cierta dificultad para medir el par este se calcula a traveacutes de la expresioacuten (21)

[Nm] (21)

Donde la velocidad mecaacutenica ( ) debe estar en rads y la potencia en el eje o potencia de salida ( ) debe estar representada en vatios

23 Principio de funcionamiento

El motor asincroacutenico funciona seguacuten el principio de induccioacuten mutua de Faraday

Al aplicar corriente alterna trifaacutesica a las bobinas inductoras se produce un campo

magneacutetico giratorio conocido tambieacuten como campo rotante cuya frecuencia seraacute

igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor Este campo al

girar alrededor del rotor en estado de reposo induciraacute corrientes en eacutel mismo que

produciraacuten a su vez un campo magneacutetico que seguiraacute el movimiento del campo

estatoacuterico produciendo un par motor que hace que el rotor gire (principio de

induccioacuten mutua) No obstante como la induccioacuten en el rotor soacutelo se produce si

hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatoacuterico y el rotoacuterico

la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante De lo contrario si

ambas velocidades fuesen iguales no habriacutea induccioacuten y el rotor no produciriacutea

par A esta diferencia de velocidad se la denomina deslizamiento y se mide en

teacuterminos porcentuales por lo que eacutesta es la razoacuten por la cual a los motores de

induccioacuten se los denomina asincroacutenicos ya que la velocidad rotoacuterica difiere

levemente de la del campo rotante El deslizamiento variacutea con la carga mecaacutenica

aplicada al rotor siendo maacuteximo con la maacutexima carga aplicada al mismo Sin

embargo a pesar de esto el motor variacutea poco su velocidad pero el par aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante [8]

En teacuterminos eleacutectricos se puede definir al motor asincroacutenico como un

transformador eleacutectrico cuyos bobinados del estator representan el primario y los

devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito

En el momento del arranque como producto del estado de reposo del rotor la

velocidad relativa entre campo estatoacuterico y rotoacuterico es muy elevada Por lo tanto

la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

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[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

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[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 15: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

15

siempre al del estator) es maacuteximo Como consecuencia la impedancia del estator

es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta

Al ganar velocidad el rotor la corriente del mismo disminuye el flujo rotoacuterico

tambieacuten y con ello la impedancia de los devanados del estator pues como se

describioacute anteriormente es un fenoacutemeno de induccioacuten mutua La situacioacuten es la

misma que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de

corriente alterna (CA) y luego con una resistencia variable intercalada ir

aumentando progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la corriente

nominal del secundario Por ende lo que sucede en el circuito estatoacuterico es un

reflejo de lo que sucede en el circuito rotoacuterico

En resumen el motor de induccioacuten trifaacutesico se compone de un bastidor o estator fijo el cual tiene un bobinado trifaacutesico alimentado por la red eleacutectrica trifaacutesica y un rotor giratorio No hay ninguna conexioacuten eleacutectrica entre el estator y el rotor Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a traveacutes del entrehierro Tanto el estator como el rotor estaacuten fabricados de una laacutemina de nuacutecleo altamente magnetizable que proporciona peacuterdidas por corrientes de Foucault e histeacuteresis bajas Suponiendo que un motor de induccioacuten comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con la tensioacuten nominal en las terminales de liacutenea de su estator (arranque directo) desarrollaraacute un par de arranque de acuerdo que haraacute que aumente su velocidad Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par maacuteximo Esto hace que la velocidad aumente todaviacutea maacutes reducieacutendose en forma simultaacutenea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccioacuten [9] La velocidad siacutencrona se puede definir mediante la ecuacioacuten (22)

(22)

Doacutende P es el nuacutemero de polos del motor f es la frecuencia de la red eleacutectrica a la que se encuentra conectado

ns es la velocidad de sincronismo El campo magneacutetico giratorio es creado por los devanados trifaacutesicos del estator y gira a velocidad siacutencrona La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (campo) que gira en el sentido de las manecillas del reloj si los devanados de las fases R S y T son conectados correctamente a sus respectivas fases r s y t Aunque se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de sus tres fases [8]

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 16: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

16

24 Particularidades del motor de induccioacuten

241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado

La diferencia entre la velocidad sincroacutenica y la velocidad de funcionamiento de reacutegimen tambieacuten depende del tamantildeo de la maacutequina inclusive durante el funcionamiento de reacutegimen esta diferencia es aproximadamente de entre el 3 y el 10 [2] El deslizamiento es una de las caracteriacutesticas maacutes importantes de una maacutequina de induccioacuten y por ello tambieacuten se encuentra involucrado en el modelo que representa al motor asiacutencrono Po lo descrito en vaciacuteo el deslizamiento es muy pequentildeo por lo tanto la corriente del rotor es muy pequentildea solamente la suficiente para vencer el par sin carga Mientras que la velocidad del rotor seraacute maacutexima y muy cercana a la de sincronismo entonces mantendraacute un bajo factor de potencia En rotor bloqueado no existe velocidad en el rotor por lo que el deslizamiento es del 100 es decir de 1 entonces la tensioacuten de entrada seraacute la misma tensioacuten del rotor Este efecto se puede ver reflejado tambieacuten en la corriente y en la frecuencia del rotor

242 Par de arranque del motor El par de arranque de un motor de induccioacuten es generalmente maacutes grande que el par nominal Una vez que se desarrolla el par de arranque la frecuencia la reactancia y la tensioacuten inducida en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos Como disminuye la tensioacuten inducida en el rotor tambieacuten disminuye la corriente Contrario a esto aumenta el factor de potencia compensando asiacute para obtener un par maacuteximo de arranque

Al igual que el par en el eje la corriente en el estator es particularmente elevada

durante el arranque del motor debido a que es en este momento cuando se debe

vencer la inercia debida al peso del eje del motor Es asiacute como la corriente de

arranque puede llegar a valores de hasta 7 veces la corriente nominal Este valor

no hace ninguacuten dantildeo al motor ya que es transitorio y el fuerte par de arranque

hace que el rotor gire enseguida pero causa bajones de tensioacuten abruptos y

momentaacuteneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las laacutemparas y

puede producir dantildeos en equipos electroacutenicos sensibles [8]

Los motores de induccioacuten estaacuten disentildeados para soportar la corriente de arranque

pero los arranques repetidos y muy frecuentes sin periacuteodos de descanso pueden

elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida uacutetil de los

devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento Por

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 17: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

17

eso se utilizan en potencias medianas y grandes dispositivos electroacutenicos de

arranque suave que minimizan la corriente de arranque del motor

243 Estator

El bobinado del estator de un motor de induccioacuten trifaacutesico estaacute formado por tres bobinados individuales uno para cada fase que se superponen y estaacuten decalados con un aacutengulo eleacutectrico de 120deg Cuando se conecta a la alimentacioacuten la corriente de entrada primero magnetiza el estator Esta corriente de magnetizacioacuten genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo

244 Rotor

En los motores de induccioacuten con rotor de jaula de ardilla el rotor estaacute formado por un bloque laminar de nuacutecleo de rotor ciliacutendrico y ranurado provisto de barras de aluminio unidas por delante con anillos para formar una jaula cerrada

245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico En la Figura 1 se muestra el circuito equivalente por fase de una maacutequina de induccioacuten trifaacutesica con sus respectivos paraacutemetros este circuito permite comprender de forma matemaacutetica la relacioacuten entre las variables que involucra la maacutequina Figura 1 Circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten polifaacutesico

Fuente Guru amp Hiziroglu Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores [2] El conocimiento de los paraacutemetros del motor de induccioacuten es la piedra angular en el disentildeo fabricacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de la maacutequina Actualmente el flujo del rotor no puede ser medido directamente ya que presenta una caracteriacutesticas altamente no lineal La identificacioacuten de paraacutemetros es una teacutecnica apropiada para la reconstruccioacuten de funciones desconocidas u objetos difiacuteciles de medir que aparecen como diversos paraacutemetros en sistemas de ecuaciones diferenciales para modelar adecuadamente esta maacutequina [10]

Rc jXm

jXrsquor Rrsquor Is

Er

+

-

Rrsquor

Irsquor

Io

Im Ic

jXs Rs

Vs

+

-

1 - s

s

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 18: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

18

La forma convencional de obtener los paraacutemetros de la maacutequina de induccioacuten polifaacutesica es mediante ensayos de carga y ensayos de operacioacuten en vaciacuteo y con rotor bloqueado Entre los esfuerzos realizados para intentar obtener un modelo cada vez maacutes preciso y completo de esta maacutequina se encuentra la estimacioacuten de paraacutemetros al motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante [11] donde se desarrolla una metodologiacutea para obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten en reacutegimen permanente a partir de los datos entregados por los fabricantes en sus cataacutelogos luego los paraacutemetros son calculados analiacuteticamente En [9] se realiza un estudio acerca de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Este estudio consigue parametrizar los componentes de los circuitos equivalentes por fase de un motor de induccioacuten trifaacutesico de manera que se pudiera saber cuaacutel es el comportamiento de dicho motor sin realizar ensayos de laboratorio y comparar esta informacioacuten con los datos de placa de dicha maacutequina Tambieacuten es posible encontrar formas de determinar los paraacutemetros mediante ensayos externos de la maacutequina y aplicando algunos algoritmos computacionales como en [10] donde se calculan los paraacutemetros de esta maacutequina utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de partiacuteculas (PSO)

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 19: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

19

3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO

DE MAacuteQUINAS

31 Introduccioacuten Existen diversas formas de estimar los paraacutemetros en un motor asiacutencrono trifaacutesico pero la forma maacutes nombrada en las referencias bibliograacuteficas es la basada en una uacutenica muestra obtenida a partir de ensayos de vaciacuteo y rotor bloqueado del motor En el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas del programa de Tecnologiacutea Eleacutectrica se implementa dicha metodologiacutea por lo que en este capiacutetulo se presenta un resumen de la misma y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros que hacen parte del circuito equivalente por fase del motor de induccioacuten trifaacutesico

32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros

321 Objetivos

Estudiar las caracteriacutesticas de velocidad y factor de potencia en funcioacuten de la carga en el motor de induccioacuten Determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten a partir de las medidas de la resistencia y de las pruebas de vaciacuteo y rotor bloqueado Calcular la eficiencia del motor de induccioacuten

322 Prueba de resistencia en los bobinados

Se mide la resistencia en corriente directa (CD) por fase del estator empleando uno de los meacutetodos sugeridos a continuacioacuten

La resistencia efectiva del estator puede determinarse midiendo la resistencia por fase en CD con un puente de Wheatstone por ejemplo y multiplicando este valor por 125 para obtener la resistencia en CA

La resistencia efectiva del estator puede determinarse alimentando con una fuente variable de CD y alcanzando la corriente nominal con el fin de que el bobinado de eacutel estator alcance a una temperatura similar a la de reacutegimen

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

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[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 20: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

20

323 Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator Se debe prestar especial cuidado al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir raacutepidamente La prueba consiste en aplicar al motor una tensioacuten de bajo valor y tambieacuten a una baja frecuencia que permita mantener el rotor en reposo sujetaacutendolo externamente En lo posible los amperiacutemetros deben marcar la corriente nominal Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor corriente de liacutenea y tensioacuten de liacutenea ( y )

Como en el laboratorio se trabaja el caso de motores trifaacutesicos se utiliza para la obtencioacuten del modelo los valores por fase es decir se debe tomar la potencia trifaacutesica de alimentacioacuten a rotor bloqueado y dividirla entre 3 para asiacute

obtener la potencia monofaacutesica Seguacuten la conexioacuten del bobinado del motor

estrella o triaacutengulo se obtiene los valores por fase de e Luego se

relacionan estas mediciones como se presenta en las ecuaciones (31) a (33)

(31)

(32)

radic

(33)

Para la consideracioacuten de la baja frecuencia la reactancia debe ser corregida para 60 Hz aplicando la ecuacioacuten (34) que es la frecuencia nominal de la red eleacutectrica en Colombia

(34)

Por medio de una fuente de tensioacuten alterna y regulable suministre una tensioacuten pequentildea (preferiblemente a frecuencia baja 15 Hz) al motor de induccioacuten hasta que sea aproximadamente el valor de la corriente nominal Mida raacutepidamente

y la tensioacuten aplicada Utilice el circuito de la Figura 2

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

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55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 21: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

21

Figura 2 Prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten trifaacutesico

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

324 Prueba de vaciacuteo Para el circuito de la Figura 3 y en vaciacuteo (generador CD sin carga o dinamoacutemetro sin carga) mida y velocidad con la tensioacuten nominal aplicada

Figura 3 Motor de induccioacuten trifaacutesico en vaciacuteo

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

325 Discriminacioacuten de paraacutemetros en estator y rotor Como no es posible determinar el valor de la resistencia del rotor a partir de mediciones directas en el estator eacutesta se obtiene mediante la expresioacuten (35) y considerando la resistencia equivalente de la maacutequina entonces la resistencia del rotor referida al estator seraacute

(35)

Con respecto a la reactancia en la praacutectica se maneja la Tabla 1 para la distribucioacuten de los valores de reactancia entre estator y rotor

Tabla 1 Distribucioacuten empiacuterica de de acuerdo al disentildeo del motor

Tipo

A D 05 05

B 04 06

C 03 07

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12]

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 22: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

22

326 Caracteriacutestica con carga 1 Conectar el circuito de la Figura 4 Siempre se debe tomar precauciones para proteger los instrumentos de medida en el momento de arranque 2 Aplicar tensioacuten nominal a la maacutequina 3 Por medio de un generador CD acoplado a su eje caacuterguelo hasta el 150 de su valor nominal Se debe tomar la mayor cantidad de puntos de trabajo posibles En cada caso mida y velocidad en rpm si dispone de medidor de par anote los valores

de eacuteste (En LabVoltTM puede utilizar el Electrodinamoacutemetro en lugar del generador CD)

327 Prueba a carga nominal Para el circuito de la Figura 4 mida y velocidad cuando por las liacuteneas

circule la corriente nominal Si la tensioacuten es diferente a la nominal anote su valor Figura 4 Motor de induccioacuten trifaacutesico con carga

Fuente Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) [12] La potencia medida en la prueba de vaciacuteo equivale a las peacuterdidas por friccioacuten ventilacioacuten y peacuterdidas en el hierro Estas peacuterdidas permanecen constantes en condiciones nominales Con los datos de la prueba en carga nominal calcule la eficiencia utilizando la expresioacuten (36)

(36)

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

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[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

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[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 23: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

23

33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la guiacutea de trabajo del laboratorio de maacutequinas eleacutectricas se procede a obtener los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico en jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Se realizan las pruebas al motor asiacutencrono de la Figura 5 Figura 5 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 2 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1576 VST= 1585 VTR= 1587

IRS= 12 IST= 12 ITR= 12

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que aplicando la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 2 la cual no estaacute especificada en la guiacutea de laboratorio se calcula la resistencia por fase del estator

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 24: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

24

(37)

Donde pues se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 3 Tabla 3 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor de LabVoltTM

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

6567

6595 6604

6613

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 6595 Ω por fase Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 4 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2052 VS= 2053 VT= 2055

IR= 0946 IS= 0926 IT= 0933

= 5337 1974 0

Luego aplicando las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos para esta prueba en este motor Tabla 5 Impedancias equivalentes calculadas para el motor de LabVoltTM

Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

21961 20349 25097 Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 13755 Ω

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 25: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

25

E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquoun motor clase A se considera estaacutendar y es apropiado para aplicaciones de velocidad constante El motor puede arrancar aplicando la tensioacuten especificada Desarrolla un par de 125 a 175 del par a plena carga La corriente de arranque a la tensioacuten especificada es de cinco a seis veces la corriente especificada El deslizamiento a plena carga es casi siempre menor de 5 debido a que la resistencia del rotor es relativamente baja La regulacioacuten de velocidad es de 2 a 4 Las barras del rotor estaacuten colocadas cerca de la superficie de las laminaciones del rotor con objeto de reducir la reactancia de dispersioacuten Estos motores impulsan carga de inercia baja y poseen aceleraciones altas Se emplean en aplicaciones como ventiladores sopladores bombas centriacutefugas y maquinas-herramientasrdquo

Motor clase A = = 12548 Ω Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 6 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1205 VS= 1198 VT= 1206

IR= 0758 IS= 0683 IT= 0797

= 8751 6004 1775

Aunque la guiacutea de laboratorio especiacutefica el procedimiento para la realizacioacuten del ensayo de vaciacuteo no presenta las ecuaciones necesarias para obtener dichos paraacutemetros a partir de los datos de la Tabla 6 por lo que se requiere de la solucioacuten del circuito equivalente por fase de la maacutequina y de los paraacutemetros de los devanados para obtener los valores de la rama de magnetizacioacuten A partir del anaacutelisis del circuito equivalente por fase de la Figura 1 se obtiene las ecuaciones (38) a (313)

(

) (38)

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

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[7] IEC IEC 60034-28 2010

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 26: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

26

(39)

(310)

(311)

(312)

(313)

A partir de los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 7 Tabla 7 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor de LabVoltTM

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

6534 906409 155265 Hasta ahora se tienen todos los paraacutemetros del motor de induccioacuten de jaula de ardilla de LabVoltTM implementando la guiacutea de laboratorio Como complemento a lo solicitado por la guiacutea se realizoacute un anaacutelisis del estado de balance entre las fases (Figura 6 y Figura 7) para su comparacioacuten con la norma teacutecnica colombiana

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 27: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

27

Figura 6 Anaacutelisis de fasores para medicioacuten del aacutengulo de desfase entre las corrientes

Fuente Herramienta para el anaacutelisis fasorial de LabVoltTM Figura 7 Visualizacioacuten de las sentildeales de corriente de alimentacioacuten del motor de induccioacuten de LabVoltTM

Fuente Herramienta osciloscopio de LabVoltTM

332 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas (Figura 8)

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 28: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

28

Figura 8 Placa de caracteriacutesticas del motor de induccioacuten del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Prueba de CD Tabla 8 Medidas de la prueba de corriente directa para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

VRS= 1451 VST= 1456 VTR= 1436

IRS= 84 IST= 84 ITR= 84

La maacutequina se encuentra conectada en estrella por lo que se aplica nuevamente la expresioacuten (37) con los valores de la Tabla 8 y se calcula la resistencia por fase

del estator utilizando una constante puesto que al igual que en caso de LabVoltTM se realizoacute el procedimiento de alimentacioacuten directa de los devanados en CD hasta obtener la corriente nominal de la maacutequina Entonces se obtienen que las resistencias efectivas del estator como se presenta en la Tabla 9 Tabla 9 Resistencia de los devanados estatoacutericos del motor del grupo 4

RS [Ω]

Promedio Rs [Ω]

0864

0862 0867

0855

Asiacute se tiene que la resistencia efectiva del estator es de 0862 Ω por fase

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

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Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 29: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

29

Prueba de rotor bloqueado Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( )

corriente de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la

prueba de rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 323 Tabla 10 Medidas de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 2823 VS= 2823 VT= 2823

IR= 85 IS= 87 IT= 85

= 390 4828 0

NOTA Al mover la pinza voltiamperimeacutetrica se afecta la sensibilidad (Figura 9) Aplicando nuevamente las ecuaciones (31) a (34) se obtienen los paraacutemetros de la rama de dispersioacuten del circuito equivalente de la Figura 1 utilizando los promedios aritmeacuteticos de los valores obtenidos en la Tabla 10 para las pruebas realizadas en este motor Figura 9 Corriente de alimentacioacuten utilizando la pinza voltiamperimeacutetrica

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 30: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

30

Tabla 11 Impedancias equivalentes calculadas para el motor del grupo 4 Zeq [Ω]

Req [Ω]

Xeq [Ω]

3296 1771 3454

Luego aplicando la ecuacioacuten (35) se calcula la resistencia del rotor referida al estator del motor

= 0910 Ω E implementando la Tabla 1 a la reactancia equivalente de la Tabla 11Tabla 5 se tiene informacioacuten separada de la reactancia tanto de estator como de motor Aunque para ello se debe tener informacioacuten de la clase NEMA del motor partiendo del conocimiento de sus caracteriacutesticas de carga y de arranque De acuerdo a [2] ldquogeneralmente un motor clase C tiene un rotor de doble jaula y estaacute disentildeado para arrancar con tensioacuten plena La resistencia elevada del rotor limita la corriente de arranque entre 35 y 5 veces la corriente a plena carga El par de arranque es de 200 a 275 del par a plena carga La regulacioacuten de velocidad es de 4 a 5 Los motores clase C se emplean en aplicaciones que requieren pares de arranque elevados como bombas de compresioacuten trituradores horadadores bandas transportadoras maquinaria textil y equipos para trabajar maderardquo

Motor clase C = 1036 Ω = 2418 Ω

Prueba de vaciacuteo Se toman los datos correspondientes a potencia activa de entrada ( ) corriente

de liacutenea ( ) y tensioacuten de fase ( ) aplicando el procedimiento de la prueba de

rotor bloqueado que se describe en la seccioacuten 324 Tabla 12 Medidas de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

VR= 1207 VS= 1207 VT= 1207

IR= 45 IS= 40 IT= 40

= 280 5980 1797

NOTA La diferencia entre fases R y S es de 1215deg y entre R y T el desfase entre fases es de 119deg estos desfases se obtuvieron mediante la conexioacuten de un osciloscopio y utilizando la fase R como referencia (Figura 10)

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 31: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

31

Figura 10 Obtencioacuten del desfase empleando un osciloscopio

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Finalmente se repite el procedimiento para el caacutelculo de los paraacutemetros de la rama de magnetizacioacuten empleando las ecuaciones (38) a (313) a partir de los datos de la Tabla 12 De los anteriores caacutelculos se obtienen los paraacutemetros de la rama de excitacioacuten del motor en la Tabla 13 Tabla 13 Paraacutemetros calculados para la rama de excitacioacuten del motor del grupo 4

Yo [mS]

Rc [Ω]

Xm [Ω]

35717 24937 28176 De este modo queda parametrizada tanto la rama de dispersioacuten como la de excitacioacuten de ambos motores asiacutencronos trifaacutesicos de jaula de ardilla A modo de aclaracioacuten no se realiza el procedimiento de caacutelculo de la eficiencia de la seccioacuten 327 debido a que esta no hace parte de los objetivos de comparacioacuten planteados en el presente trabajo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 32: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

32

4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008

41 Introduccioacuten Esta norma proporciona unos procedimientos de ensayos normalizados para determinar los paraacutemetros del motor eleacutectrico Al mismo tiempo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo del circuito equivalente El objetivo principal de la norma es brindar asistencia para el modelado de los motores controlados con frecuencia Debido a las simplificaciones los resultados no se pueden utilizar para determinar con exactitud el desempentildeo del motor o su eficiencia [3] Adicionalmente en este capiacutetulo se muestra coacutemo esta norma permite una mayor comprensioacuten del meacutetodo de circuito equivalente y los resultados de la realizacioacuten de estos ensayos para la determinacioacuten de los paraacutemetros Los ensayos se realizan en las mismas maacutequinas del capiacutetulo anterior para una adecuada comparacioacuten

42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten

421 Objetivos

Esta norma se aplica a motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten para tamantildeos constructivos desde el nuacutemero 56 al 400 como se especifica en la NTC 3924-1996 [13] (IEC 60072-1) Esta norma establece procedimientos para obtener valores de elementos de los modelos de circuitos equivalentes monofaacutesicos a partir de ensayos y define elementos normalizados de estos diagramas

422 Requisitos para hacer la praacutectica

4221 Ensayos con carga Siguiendo la norma para hacer dicha praacutectica la temperatura del devanado del estator no debe diferir en maacutes de 5degC con respecto a la temperatura obtenida en la praacutectica teacutermica de carga nominal seguacuten la NTC 2805-2005 [14]

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 33: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

33

Lo que se hace en esta praacutectica es aplicarle una tensioacuten nominal a los terminales luego se incrementa la carga para que la corriente de liacutenea sea igual a la corriente nominal

De acuerdo al procedimiento se toman los datos correspondientes que son es la tensioacuten de terminales del estator es la potencia eleacutectrica de entrada es la velocidad de operacioacuten del motor e es la corriente de liacutenea del estator Por uacuteltimo con los resultados obtenidos de las mediciones lo que se hace a continuacioacuten son los respectivos caacutelculos

4222 Instrumentacioacuten Instrumentos de medicioacuten para magnitudes eleacutectricas velocidad y frecuencia Los instrumentos de medicioacuten deben tener una clase de exactitud de 05 o superior de acuerdo con la NTC 3504-2000 [15] (IEC 60051-1) Transformadores de medida Los transformadores de medida deben tener una clase de exactitud de 02 de acuerdo con la norma IEC 60044 Medicioacuten de temperatura La instrumentacioacuten usada para medir las temperaturas

deben tener una exactitud de NOTA Debe considerarse que los equipos disponibles en el laboratorio no tienen ninguacuten certificado de calibracioacuten por lo que no hay certeza en la medicioacuten de los instrumentos

4223 Aproximaciones e incertidumbres Los procedimientos descritos para obtener los valores de los paraacutemetros del circuito equivalente incluyen aproximaciones Ademaacutes el circuito equivalente es una aproximacioacuten en siacute mismo Las inductancias se determinan dependiendo de la corriente con el fin de tener en cuenta los efectos de saturacioacuten del nuacutecleo de hierro Para ajustar la resistencia equivalente de peacuterdidas en el hierro a otras frecuencias diferentes de las nominales es necesario conocer la distribucioacuten de las peacuterdidas de histeacuteresis contra las peacuterdidas de corrientes paraacutesitas

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 34: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

34

4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo Se debe usar el promedio aritmeacutetico de las tres corrientes y tensiones de liacutenea La resistencia entre liacuteneas del estator es el valor entre dos terminales para los cuales se haya medido un valor de referencia a una temperatura conocida Se recomienda que siempre que se requieran mediciones de tensioacuten corriente velocidad o potencia para un determinado punto de carga

423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD

Medir y registrar La resistencia se debe tomar como el valor promedio de las

mediciones de todas las tres fases Ademaacutes se necesita medir y registrar la

temperatura del devanado de acuerdo con la norma NTC 2805-2005 [14]

424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores

De acuerdo a la norma el circuito equivalente por fase al que se le deben obtener los paraacutemetros se presentan en las Figura 11 a Figura 13 Figura 11 Circuito equivalente Tipo T

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] Figura 12 Circuito equivalente Tipo T (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el

hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3]

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 35: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

35

Figura 13 Circuito equivalente Tipo L (sin tener en cuenta las peacuterdidas en el hierro)

Fuente Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 [3] De la Figura 11 se observa que la resistencia de peacuterdidas en el hierro ( ) es la

misma resistencia de las pruebas realizadas en el capiacutetulo anterior eacuteste es el circuito equivalente normativo para los motores a los que hace referencia la norma Los circuitos de la Figura 12 y Figura 13 son matemaacuteticamente ideacutenticos y ambos presentan una variante simplificada sin la resistencia de peacuterdidas en el hierro

425 Resistencia del devanado del estator Rs

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y) o una conexioacuten

equivalente a la de estrella se emplea (41)

(41)

- En el caso de devanados conectados en triaacutengulo se emplea (42)

(42)

426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe

4261 Peacuterdidas constantes Al restar las peacuterdidas en el devanado del estator sin carga de la entrada de

potencia sin carga se obtienen las peacuterdidas constantes de la ecuacioacuten (43)

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

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[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

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[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 36: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

36

que son la suma de las perdidas por friccioacuten ventilacioacuten y las peacuterdidas en el nuacutecleo

(43)

4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten Las peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten se consideran independientes de la carga No se incluyen en el circuito equivalente pero se pueden tener en cuenta mediante la reduccioacuten de la potencia de salida mecaacutenica calculada Las peacuterdidas

por friccioacuten son dependientes linealmente de la velocidad del motor

4263 Peacuterdidas en el hierro Para determinar las peacuterdidas en el hierro se mide a partir de la expresioacuten (44)

(44)

Luego para determinar la resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro se utiliza la ecuacioacuten (45)

(45)

427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls

En la resistencia equivalente del rotor frasl llega ser infinita por tanto la parte reactiva de la impedancia medida es el resultado solamente de la conexioacuten en serie de las dos inductancias

428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ

Para valores de deslizamiento grandes la resistencia de rotor equivalente frasl

se hace insignificante en comparacioacuten con la reactancia y por tanto

la parte reactiva de la impedancia medida resulta principalmente de la inductancia

de dispersioacuten total Los meacutetodos descritos en esta norma permiten solamente determinar la suma de las inductancias de dispersioacuten del estator y del rotor

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

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55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 37: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

37

Para determinar la impedancia y el factor de potencia del motor se utiliza las ecuaciones (46) y (47) seguacuten el caso

- En el caso de devanados en estrella (Y)

radic (46)

- En el caso de devanados conectados en delta

radic

(47)

Para determinar el factor de potencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

radic (48)

Para determinar la resistencia se utiliza la siguiente ecuacioacuten

(49)

429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente

4291 Por caacutelculo El caacutelculo se basa en la suposicioacuten de que las barras de los rotores son rectangulares Para la mayoriacutea de los casos praacutecticos la exactitud de este procedimiento es suficiente Para determinar la altura estimada de la barra del conductor del rotor se utiliza (410) mientras que los valores de H se obtienen de la NTC 3924-1996 [13]

(

)

(410)

4292 Por medicioacuten

Se deben repetir a diferentes frecuencias de alimentacioacuten Se recomienda usar al menos tres frecuencias (frecuencia nominal la mitad de la frecuencia y un cuarto de la frecuencia nominal)

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

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[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 38: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

38

Para cada una de las corrientes de liacutenea medidas los valores de inductancia de dispersioacuten se deben graficar contra la frecuencia y se debe tener una curva para

extrapolar la inductancia a

4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um

Para cada una de las corrientes magnetizantes determine la inductancia total del estator y calcule la inductancia de dispersioacuten total correspondiente mediante interpolacioacuten de los valores lineales determinados con la corriente de

fase La inductancia magnetizante llega ser la presentada en (411)

(411)

Para determinar la tensioacuten magnetizante se utiliza la ecuacioacuten (412)

(412)

4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor

Para cada uno de los valores determinados de inductancia del estator inductancia de dispersioacuten total e inductancia magnetizante las inductancias de dispersioacuten llegan a ser las que se muetran en (413)

(413)

4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal) Para caacutelculos simplificados en muchas aplicaciones se supone que las inductancias son constantes En este caso las inductancias se deben dar para la operacioacuten nominal Se determina la corriente del estator para la operacioacuten nominal

- En el caso de devanados en estrella (Y)

(414)

- En el caso de devanados en delta (

radic (415)

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 39: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

39

Luego se determina la tensioacuten del estator

radic (416)

Se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (417) a (419)

( radic ) (417)

(radic ) (418)

radic

(419)

Y finalmente se determina la corriente a traveacutes de la inductancia de dispersioacuten del

rotor como se muestra en (420)

radic(

)

( radic

)

(420)

4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator

A partir del ensayo con carga se obtiene el deslizamiento como se presenta en (421)

(421)

Se determina la tensioacuten y la corriente del estator como

- En el caso de devanados conectados en estrella (Y)

radic (422)

- En el caso de devanados conectados en delta (

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

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[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

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[7] IEC IEC 60034-28 2010

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[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 40: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

40

radic (423)

Luego se determina el factor de potencia como se muestra en (48) Adicionalmente y considerando el efecto de la temperatura se calcula la tensioacuten magnetizante utilizando las ecuaciones (424) (425) y (419)

(

radic ) (424)

(radic

) (425)

Tambieacuten se determina la corriente del rotor como en (426)

radic(

)

( radic

)

(426)

Y se determina la impedancia del motor aplicando las expresiones (46) o (47) seguacuten la conexioacuten del devanado Se determina la reactancia del motor

radic (427)

Por uacuteltimo se determinan las reactancias como se muestra en las ecuaciones (428) a (430)

(428)

(429)

(430)

Finalmente se calcula la resistencia del rotor referida al devanado del estator y corregida a una temperatura de 25ordmC seguacuten se presenta en la ecuacioacuten (431)

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

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[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

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55

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[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 41: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

41

radic

(431)

43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten Siguiendo la norma teacutecnica colombiana para la parametrizacioacuten de motores de induccioacuten trifaacutesicos de jaula de ardilla se procede a obtener los paraacutemetros de estos motores en LabVoltTM y en el grupo de trabajo nuacutemero 4 de dicho laboratorio

431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM Prueba de CD Esta prueba se realiza siguiendo el procedimiento establecido en la seccioacuten 423 para la medicioacuten de la resistencia de los devanados del estator Para lo cual primero se pone en marcha el motor desde vaciacuteo hasta plena carga por un tiempo aproximado de 3 minutos hasta alcanzar un punto de temperatura constante en el entrehierro del motor la cual se obtiene mediante la utilizacioacuten de la termocupla asociada al multiacutemetro Promaxreg del almaceacuten Una vez se alcanza esta temperatura se procede a tomar los datos de tensioacuten corriente y temperatura seguacuten lo establecido en la NTC 2805-2005 [14] Las mediciones se muestran en la Tabla 14 Tabla 14 Mediciones de los devanados del motor de LabVoltTM en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1576 12 43 1585 12 431 1587 12 436

NOTA La temperatura antes de la prueba de CD es de 388degC Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

61623 Ω y 58261 Ω

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 42: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

42

Prueba de vaciacuteo Se realiza el procedimiento de la seccioacuten 4221 pero desacoplando la carga mecaacutenica en el eje de la maacutequina Los resultados de esta prueba se observan en la Tabla 15 En la Figura 14 se muestra la disposicioacuten de los equipos de medicioacuten para la realizacioacuten de esta prueba Figura 14 Realizacioacuten de la prueba sin carga del motor del grupo 4

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 15 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

2031 068 -50 40 1796 1908 063 -43 396 1797 1735 057 -34 392 1793 1626 053 -28 389 1795 1468 047 -23 386 1793 1358 042 -19 382 1791 1179 038 -13 378 1790 1003 033 -9 376 1785 802 027 -5 371 1777 629 024 -3 369 1760

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 37871degC Prueba de rotor bloqueado Luego se bloquea el rotor del motor y se toman nuevamente los valores de tensioacuten corriente potencia y frecuencia Esta prueba se realiza incrementando la tensioacuten de alimentacioacuten de modo que se obtengan valores de corriente entre el 10 y el 150 de la corriente nominal tal como se muestra en la Tabla 16

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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55

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 43: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

43

Para este ensayo se utilizoacute el generador siacutencrono del grupo 5 del laboratorio (Figura 15) para obtener una alimentacioacuten controlada en tensioacuten y frecuencia en CA para la prueba de rotor bloqueado del motor de induccioacuten del grupo 4 Figura 15 Encendido del motor del grupo 5

Fuente Imagen propia tomada en el laboratorio Tabla 16 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor de LabVoltTM

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

874 18 49 60 0 805 16 40 599 0 725 14 30 60 0 638 12 21 60 0 5536 1 13 601 0 4634 08 7 60 0 3966 06 4 60 0 3501 05 2 601 0 295 04 1 60 0 2404 024 0 599 0

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 44: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

44

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos La norma presenta al final del documento unas tablas donde se resume todo el procedimiento descrito en este capiacutetulo Los resultados de dichos anexos se muestran en la Tabla 17 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 16 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 58261 Ω 60 Hz 4 polos 71 mm 1 33E6 Sm

Tabla 17 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 15

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

2031 068 38 068 2952 4124961 2692 153228 1908 063 33 063 2572 3640464 2312 157447 1735 057 28 057 2204 3010225 1944 154826 1626 053 27 053 2185 2643876 1925 137346 1468 047 22 047 1795 2155024 1535 140389 1358 042 20 042 1676 1844164 1417 130176 1179 038 17 038 1435 1390041 1175 118264 1003 033 14 033 1200 1006009 940 106967 802 027 11 027 966 643204 707 91038 629 024 8 024 694 395641 435 91038

Doacutende 2597 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 1280719 Ω

Tabla 18 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 16

ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

874 18 197 28034 0723 20267 18 19368 00514 805 16 163 29048 0731 21224 16 19832 00526 725 14 127 29898 0722 21599 14 20674 00548 638 12 94 30696 0709 21759 12 21651 00574

5536 1 64 31962 0667 21333 1 23801 00631 4634 08 41 33443 0639 21354 08 25738 00683 3966 06 27 38163 0655 25000 06 28834 00765 3501 05 19 40426 0627 25333 05 31504 00836 295 04 11 42580 0538 22917 04 35887 00952

2404 024 6 57831 0600 34722 024 46247 01227

Para continuar se requiere de calcular los valores de 001207 m de (410) 1067 y 0969

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

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[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

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  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 45: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

45

Tabla 19 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 16 ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

1032 381 3449 156385 05064 79199 381 13485 00358 00363 957 344 285 160618 04998 80280 344 13912 00369 00375 854 294 2105 167707 04840 81178 294 14675 00389 00395 767 253 1575 175031 04686 82020 253 15462 00410 00417 72 231 1323 179953 04593 82645 231 15985 00424 00431

632 191 915 191039 04376 83605 191 17177 00456 00463 457 115 343 229434 03768 86452 115 21252 00564 00573 364 076 164 276520 03423 94645 076 25982 00689 00700 301 052 85 334197 03135 104783 052 31735 00842 00855 212 024 28 509993 03177 162037 024 48357 01283 01303

Figura 16 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor de LabVoltTM

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia

y = 91038x - 23647

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15

U^2

Pk

Curva Pfw

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Ls

Is

Curva Ls

y = 00321x-0457

000

001

002

003

004

005

006

007

0 05 1 15 2

Lr

Is

Curva Lr

y = 00004x2 - 00105x + 01028

000

001

002

003

004

005

006

007

0 5 10 15 20

Lm

Um

Curva Lm

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 46: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

46

Tabla 20 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 18 y Tabla 19 Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

18 00514 00490 00269 00245 00245 1824 16 00526 00517 00268 00259 00259 1614 14 00548 00550 00274 00275 00275 1444 12 00574 00590 00279 00295 00295 1264 1 00631 00641 00311 00321 00321 1172

08 00683 00710 00328 00355 00355 989 06 00765 00810 00360 00405 00405 814 05 00836 00880 00396 00440 00440 746 04 00952 00974 00465 00487 00487 701 024 01227 01231 00611 00615 00615 553

Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la

Figura 16 se calcula el valor de y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 21

Tabla 21 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma cosphiN= 079

Is = IN 12 Ls= 00295 Us= 120089

Uma= 106374 Umb= -6269 Um= 106559 Lm= 35258 Ir= 1157 Lr= 00300

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 22

Tabla 22 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1646 s= 00856

P1= 360 cosphiL= 0833 theta L= 365 Uma= 106130 Umb= -6079 Um= 106304 Lm= 35068 Ir= 1161 Lr= 00300 Z= 100074 X= 55411 Xr= 11301 Xs= 11134 Xm= 132921

Rr25= 17590

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 47: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

47

432 Grupo de trabajo nuacutemero 4 Se repite el mismo procedimiento del caso del motor de LabVoltTM pero esta vez en el motor de induccioacuten trifaacutesico del grupo 4 del laboratorio de maacutequinas Prueba de CD Se obtienen las mediciones de la Tabla 23 considerando que la temperatura antes de la prueba de CD es de 347degC cumpliendo con el requerimiento de temperatura descrito en la seccioacuten 4221 Tabla 23 Mediciones de los devanados del motor del grupo 4 en CD

DC (conexioacuten en Y)

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Temperatura [degC]

1451 84 393 1456 84 396 1436 84 397

Con estos valores se utiliza la expresioacuten (37) para calcular la resistencia y

luego se utiliza la expresioacuten (41) de la seccioacuten 425 para obtener el valor de

a una temperatura de referencia de 25degC

08161 Ω y 07957 Ω

Prueba de vaciacuteo Se deja girar libremente el eje del conjunto motor-generador del grupo 4 y se toman las respectivas mediciones tal como se realizoacute para el moacutedulo de LabVoltTM Tabla 24 Mediciones de la prueba de vaciacuteo para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Temperatura [ordmC]

Velocidad [rpm]

209 44 236 319 1794 208 43 235 319 1797 208 43 233 317 1793

2085 53 233 316 1797 205 4 226 316 1800 191 36 208 316 1800

1765 32 198 316 1800 166 31 182 316 1800 151 29 173 316 1800 143 28 167 316 1800 127 26 156 316 1800

La temperatura promedio durante la realizacioacuten de este ensayo es = 31664degC

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 48: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

48

Prueba de rotor bloqueado Se bloquea el eje del conjunto del grupo 4 y se incrementa levemente la tensioacuten de alimentacioacuten del motor hasta obtener las mediciones de corriente desde el 10 hasta el 150 Tabla 25 Mediciones de la prueba de rotor bloqueado para el motor del grupo 4

Tensioacuten [V]

Corriente [A]

Potencia [W3φ]

Frecuencia [Hz]

Velocidad [rpm]

72 12 820 595 0 69 10 673 599 0

595 9 528 60 0 532 8 419 598 0 486 72 340 60 0 435 64 264 599 0 388 56 203 60 0 348 5 156 60 0 312 44 121 601 0 274 38 89 601 0

Aplicacioacuten de la norma siguiendo los anexos Los resultados de implementar los anexos que se encuentran al final de la norma NTC 5642-2008 [3] se muestran en la Tabla 26 a la Tabla 22 utilizando los ajustes de curva para la extrapolacioacuten de la Figura 17 Ademaacutes se utiliza para los diferentes caacutelculos las constantes del motor 07957Ω 60 Hz 4 polos 90 mm 067 56E6 Sm

Tabla 26 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 24

ANEXO A

U I P1 Is Pk U^2 Pfe Rfe [V] [A] [W] [A] [W] [V

2] [W] [Ω]

209 44 236 44 18860 4368100 8048 54279 208 43 235 43 18973 4326400 8161 53016 208 43 233 43 18773 4326400 7961 54348

2085 53 233 53 16423 4347225 5610 77488 205 4 226 4 18683 4202500 7870 53398 191 36 208 36 17627 3648100 6814 53535

1765 32 198 32 17293 3115225 6480 48072 166 31 182 31 15847 2755600 5035 54734 151 29 173 29 15241 2280100 4428 51489 143 28 167 28 14781 2044900 3968 51536 127 26 156 26 13945 1612900 3132 51493

Doacutende 108127 W y de aquiacute aplicando (45) se calcula 551897 Ω

49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
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49

Tabla 27 Paraacutemetros calculados usando los valores de la Tabla 25 ANEXO B

U I P1 Z cos(ϕ)

R Im Xts Lts [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096

Para continuar se requiere de calcular los valores de 00153 m de (410) 1762 y 0823 Tabla 28 Paraacutemetros de dispersioacuten a partir de los datos de la Tabla 25

ANEXO C

U I P1 Z cos(ϕ)

R Is Xσa Lσa Lσ [V] [A] [W] [Ω] [Ω] [A] [Ω] [H] [H]

72 12 820 3464 0548 1898 12 2898 00077 00086 69 10 673 3984 0563 2243 10 3292 00087 00098

595 9 528 3817 0569 2173 9 3138 00083 00093 532 8 419 3839 0568 2182 8 3159 00084 00094 486 72 340 3897 0561 2186 72 3226 00086 00096 435 64 264 3924 0547 2148 64 3284 00087 00097 388 56 203 4000 0539 2158 56 3368 00089 00100 348 5 156 4018 0518 2080 5 3438 00091 00102 312 44 121 4094 0509 2083 44 3524 00093 00105 274 38 89 4163 0494 2054 38 3621 00096 00107

Tabla 29 Correccioacuten de los paraacutemetros calculados en la Tabla 27 y Tabla 28

Im Lts Lσ Lm Ls Lr Um [A] [H] [H] [H] [H] [H] [V]

12 00077 00057 00054 00023 00034 2450 10 00087 00069 00060 00028 00041 2248 9 00083 00075 00053 00030 00045 1805 8 00084 00081 00051 00032 00048 1552

72 00086 00085 00051 00034 00051 1397 64 00087 00089 00051 00036 00053 1237 56 00089 00093 00052 00037 00056 1095 5 00091 00097 00052 00039 00058 989

44 00093 00099 00054 00040 00060 889 38 00096 00102 00055 00041 00061 788

50

Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 50: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

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Figura 17 Curvas para la interpolacioacuten y extrapolacioacuten de valores seguacuten la norma para el motor del grupo 4

Fuente Graacuteficos realizados en Microsoft Excel con informacioacuten propia Finalmente y utilizando las curvas de ajuste de la Figura 17 se calcula el valor de

y para la corriente nominal y se calcula el valor de para la tensioacuten obtenida como se muestra en la Tabla 30 Tabla 30 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 78 de la norma

cosphiN= 082 Is = IN 84

Ls= 00028 Us= 120089

Uma= 109465 Umb= -3543 Um= 109522 Lm= 00552 Ir= 7073 Lr= 00054

Y se repite el procedimiento anterior para operacioacuten a plena carga como se muestra en la Tabla 31

y = 51507x - 55693

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200

U^2

Pk

Curva Pfw

y = -4E-06x2 - 00002x + 00048

00000

00005

00010

00015

00020

00025

00030

00035

00040

00045

0 5 10 15

Ls

Is

Curva Ls

y = -6E-06x2 - 00002x + 00071

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 5 10 15

Lr

Is

Curva Lr

y = 5E-06x2 - 00001x + 00062

0000

0001

0002

0003

0004

0005

0006

0007

0 10 20 30

Lm

Um

Curva Lm

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 51: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

51

Tabla 31 Resultados de los caacutelculos siguiendo el procedimiento 79 de la norma ns= 1800 n= 1671 s= 00717

P1= 2499 cosphiL= 0826 theta L= 324 Uma= 109309 Umb= -3434 Um= 109363 Lm= 00551 Ir= 7122 Lr= 00054 Z= 14296 X= 8063 Xr= 2025 Xs= 1070 Xm= 20819

Rr25= 0971

44 Anaacutelisis comparativo de los resultados Para finalizar se realizar una comparacioacuten de los paraacutemetros de la maacutequina calculados aplicando los procedimientos especificados en los capiacutetulos 3 y 4 de este documento Para esta comparacioacuten se sigue la expresioacuten porcentual (432)

[ ]

Esta expresioacuten de diferencia considera la relacioacuten entre el resultado obtenido siguiendo la norma con respecto al obtenido siguiendo la guiacutea de laboratorio Los resultados de esta comparacioacuten se presentan en la Tabla 32 y la Tabla 33 Tabla 32 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor de LabVoltTM

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 6595 58261 -1166 Xs 12548 11134 -1127 Rr 13755 17590 2788 Xr 12548 11301 -994 Rc = Rfe 906409 1280719 4130 Xm 155265 132921 -1439

Puede notarse como para el motor de LabVoltTM la mayor diferencia de los paraacutemetros soacutelo se refleja en el caso de las resistencias y Esta diferencia

puede deberse principalmente a la inclusioacuten de la temperatura en los caacutelculos de la norma lo cual refleja un incremento en el valor real de la resistencias en la operacioacuten del motor

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

53

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

[7] IEC IEC 60034-28 2010

[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 52: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

52

Tabla 33 Comparacioacuten porcentual de los paraacutemetros para el motor del grupo 4

Valor guiacutea Valor norma Diferencia

Rs 0862 07957 -769 Xs 1036 1070 328 Rr 0910 0971 670 Xr 2418 2025 -1625 Rc = Rfe 24937 551897 12132 Xm 28176 20819 -2611

Para el caso del motor del grupo 4 se repite el efecto presentado en el motor de LabVoltTM y tambieacuten se observa como la reactancia de magnetizacioacuten presenta una reduccioacuten con respecto al caacutelculo con las guiacuteas Esto se puede deber en este

caso particular al error que se presentoacute en la resistencia la cual estaacute incluida

en los caacutelculos para obtener el valor del paraacutemetro

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5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] S J CHAPMAN Maacutequinas Eleacutectricas 4 Ed ed Espantildea McGraw-Hill 2005

[2] B S GURU y H R HIZIRUGLU Maacutequinas Eleacutectricas y Transformadores 3 Ed ed Meacutexico Oxford University Press 2003

[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 53: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

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5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

51 Conclusiones generales Como conclusiones se puede decir que las pruebas realizadas con la norma NTC 5642-2008 que se realizoacute en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas la cual fue determinar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico de jaula de ardilla e implementando la guiacutea de trabajo del laboratorio maacutequinas y realizar las pruebas de parametrizacioacuten a los motores de induccioacuten trifaacutesico jaula de ardilla de LabVoltTM y del grupo de trabajo 4 de dicho laboratorio de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que haciendo las pruebas utilizando la NTC 5642-2008 se obtuvo unos buenos resultados y una mayor exactitud al realizar las praacutecticas en el laboratorio el margen de error es muy pequentildeo de acuerdo a las pruebas realizadas seguacuten las guiacuteas del laboratorio Para los estudiantes de la Universidad Tecnoloacutegica de Pereira en especial los del programa de tecnologiacutea eleacutectrica seraacuten los beneficiados con la implementacioacuten de esta norma NTC 5642-2008 en Laboratorio Maacutequinas Eleacutectricas cuando deseen realizarlas pruebas tendraacuten unos resultados maacutes exactos y maacutes eficientes para hallar los paraacutemetros del motor de induccioacuten trifaacutesico Al realizarse las pruebas se pudo observar que hay problemas con los equipos de medida ya que praacutecticamente el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas es utilizado a diario por los estudiantes y al manejar los instrumentos de medida no los utilizan de un modo adecuado y al hacer las pruebas se muestra unos resultados que no concuerdan totalmente seguacuten los caacutelculos obtenidos

52 Recomendaciones Antes de realizar las pruebas se recomienda verificar que los equipos que se utilizan en el laboratorio de maacutequinas eleacutectricas hayan tenido un adecuado mantenimiento preventivo como son los motores y los arrancadores que son utilizados a diario y con el tiempo pierden su buen funcionamiento Esta misma recomendacioacuten aplica para los instrumentos de medida puesto que normalmente no estaacuten en oacuteptimas condiciones para hacer una prueba con exactitud Es necesaria una certificacioacuten de calibracioacuten para tal fin

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6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[3] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5642-2008 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2008

[4] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 5611-2002 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2002

[5] IEEE Estaacutendar IEEEStd 112-2004 Institute of Electrical and Electronic Engineers 2004

[6] NEMA NEMA MG 1-2003 A p A N S Institute Ed National Electrical Manufacturers Association 2003

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[8] WIKIPEDIA laquoWikipedia The Free Encyclopedia Motor asiacutencronoraquo 15 08 2012 [En liacutenea] Available httpeswikipediaorgwikiMotor_asC3ADncrono [Uacuteltimo acceso 08 11 2012]

[9] S CARRENtildeO Estudio de los datos del cataacutelogo en motores de induccioacuten trifaacutesicos Cataluntildea Proyecto de grado de Maestria Departament dEnginyeria Eleacutectrica Universitat Politeacutecnica de Catalunya 2009

[10] A R HERRERA y J A ORJUELA Determinacioacuten de los paraacutemetros del motor de induccioacuten utilizando un algoritmo de optimizacioacuten por cuacutemulo de particulas Pereira Proyecto de grado de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Eleacutectrica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2010

[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

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[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 54: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

54

6 BIBLIOGRAFIacuteA

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[11] A ESCOBAR F A OCAMPO y M HOLGUIacuteN Estimacioacuten de paraacutemetros de motor de induccioacuten a partir de los datos del fabricante Vols 1 de 22 No 39 Pereira Revista Scientia et Technica Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 2008 pp 78-82

[12] D E Rodas R A Suarez M y F A Ocampo M Libro guiacutea para laboratorio unificado de maacutequinas (CD Y CA) Pereira Universidad Tecnologica de Pereira 2007

[13] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3924-1996 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 1996

[14] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 2805-2005 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2005

[15] ICONTEC Norma Teacutecnica Colombiana NTC 3504-2000 Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) 2000

[16] WORDREFERENCECOM laquoOnline Language Dictionariesraquo 2012 [En liacutenea] Available ltwwwwordreferencecomdefiniciongt [Uacuteltimo acceso 16 11 2012]

55

[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

[21] SLIDESHARE laquoSlideShare Incraquo [En liacutenea] Available httpesslidesharenetjohnflorestapiafrenado-de-motores-elctricos-trifsicos [Uacuteltimo acceso 15 3 2013]

[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA
Page 55: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL MOTOR DE …repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/4100/1/621314R579.pdf · Placa de características del motor de inducción del grupo

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[17] V B GanttProject Software para la elaboracion de proyectos y mantenimiento 2013

[18] S M Gonzaacutelez laquoGuiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continuaraquo de Guiacutea de laboratorio que articula la teoria y la practica de las maacutequinas eleacutectricas de corriente continua Pereira Universidad Tecnoloacutegica de Pereira 1990

[19] J R N Ramiacuterez laquoGuia de laboratorio de circuitos eleacutectricos de la facultad de Ingenieria EleacutectricaElectroacutenica Fiacutesica y Ciencias de Computacioacutenraquo Universidad Tecnoloacutegica de Pereira Pereira 2005

[20] Motores eleacutectricos laquowwwmcgraw-hillesraquo [En liacutenea] Available httpwwwmcgraw-hillesbcvguidecapitulo8448173104 [Uacuteltimo acceso 21 03 2013]

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[22] J Carrascosa D Gil Peacuterez y A Vilches laquoPapel de la actividad experimental en la educacioacuten cientiacuteficaraquo Instituto Superior de Tecnologiacuteas y Ciencias Aplicadas Cuba 2006 [En liacutenea] Available httpwwwfscufscbrcbefport23-2artpdfa1pdf [Uacuteltimo acceso 10 03 2013]

  • CONTENIDO
  • LISTA DE TABLAS
  • LISTA DE FIGURAS
  • RESUMEN
  • 1 INTRODUCCIOacuteN
    • 11 Definicioacuten del problema
    • 12 Motivacioacuten
    • 13 Objetivos
      • 131 Objetivo general
      • 132 Objetivos especiacuteficos
        • 14 Estructura del documento
          • 2 ESTUDIO DEL MOTOR POLIFAacuteSICO DE INDUCCIOacuteN
            • 21 Introduccioacuten
            • 22 Generalidades del motor de induccioacuten trifaacutesico
            • 23 Principio de funcionamiento
            • 24 Particularidades del motor de induccioacuten
              • 241 Caracteriacutesticas en vaciacuteo y a rotor bloqueado
              • 245 Circuito equivalente del motor de induccioacuten trifaacutesico
                  • 3 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA GUIacuteA DE LABORATORIO DE MAacuteQUINAS
                    • 31 Introduccioacuten
                    • 32 Resumen de la guiacutea de laboratorio de maacutequinas eleacutectricas caracteriacutesticas con carga pruebas sin carga y de rotor bloqueado paraacutemetros
                    • 33 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                      • 331 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                          • 4 PARAMETRIZACIOacuteN DEL MOTOR DE INDUCCIOacuteN TRIFAacuteSICO EN JAULA DE ARDILLA IMPLEMENTANDO LA NORMA NTC 5642-2008
                            • 41 Introduccioacuten
                            • 42 Resumen de la NTC 5642-2008 Meacutetodos de ensayo para determinar las magnitudes de los paraacutemetros de los circuitos equivalentes para motores de induccioacuten de jaula de ardilla trifaacutesicos de baja tensioacuten
                              • 422 Requisitos para hacer la praacutectica
                                • 4221 Ensayos con carga
                                • 4222 Instrumentacioacuten
                                • 4223 Aproximaciones e incertidumbres
                                • 4224 Generalidades de los procedimientos de ensayo
                                  • 423 Medicioacuten de la resistencia entre liacuteneas del estator en CD
                                  • 424 Determinacioacuten de los paraacutemetros del circuito equivalente de los motores
                                  • 425 Resistencia del devanado del estator Rs
                                  • 426 Resistencia equivalente de las peacuterdidas en el hierro Rfe
                                    • 4261 Peacuterdidas constantes
                                    • 4262 Peacuterdidas por ventilacioacuten y friccioacuten
                                    • 4263 Peacuterdidas en el hierro
                                      • 427 Inductancia total del estator Lts = Lm + Ls
                                      • 428 Inductancia de dispersioacuten total Lσ
                                      • 429 Correccioacuten del desplazamiento de corriente
                                        • 4291 Por caacutelculo
                                        • 4292 Por medicioacuten
                                          • 4210 Inductancia magnetizante Lm y tensioacuten Um
                                          • 4211 Inductancia de dispersioacuten del rotor y del estator Ls y Lrsquor
                                          • 4212 Inductancia para caacutelculos a flujo constante (carga nominal)
                                          • 4213 Resistencia de la jaula del rotor Rrsquor referida al devanado del estator
                                            • 43 Caacutelculo de los paraacutemetros del motor de induccioacuten
                                              • 431 Motor de jaula de ardilla de 4 polos de LabVoltTM
                                                • 44 Anaacutelisis comparativo de los resultados
                                                  • 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
                                                    • 51 Conclusiones generales
                                                    • 52 Recomendaciones
                                                      • 6 BIBLIOGRAFIacuteA