Facultad de Ingeniería.Depto. de Ing. Eléctrica y Electrónica.

Experiencia N°6Motor de Inducción rotor Bobinado

Integrantes:- Juan Vásquez- Edgard Melita.

- Hernán Peña-

Profesor: Javier Riedeman.

-

Motor de inducción “Rotor Bobinado”.

Introducción

Se llama máquina de inducción o asincrónica a una máquina de corriente alterna, en la cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del estator y depende de la carga. La máquina asincrónica tiene la propiedad de ser reversible, es decir, puede funcionar como motor y como generador.

El motor asincrónico tiene dos partes principales: estator y rotor. El estator es la parte fija de la máquina en cuyo interior hay ranuras donde se coloca el devanado trifásico que se alimenta con corriente alterna trifásica. La parte giratoria de la máquina se llama rotor y en sus ranuras también se coloca un devanado. El estator y el rotor se arman de chapas estampadas de acero electrotécnico. El rotor generalmente son de dos tipos, rotor jaula de ardilla y rotor bobinado, nosotros trabajaremos con el motor de inducción de rotor bobinado.

Objetivos

Observar y analizar las características constructivas de un motor de inducción rotor bobinado.

Comprobar la disminución de la corriente de partida al arrancar el motor con resistencias adicionales en el circuito de rotor.

Visualizar el comportamiento del motor con carga, la regulación de velocidad y el rendimiento.

Base teórica

Máquinas de Inducción.

Se denomina con este nombre a la máquina cuya armadura o rotor no está conectada a fuente alguna de potencia, sino que la recibe por inducción del flujo creado por los arrollamientos dispuestos en el estator, el cual está alimentado por corrientes mono o polifásicas.

Cuando se excita una máquina de inducción con una corriente polifásica equilibrada se crea en el entrehierro un campo magnético rotativo que gira a velocidad sincronía:

Donde:

n : Velocidad síncrona (rpm)

f : Frecuencia de la red (Hz)

p : Número de polos

Cuando se habla de máquina de inducción, generalmente se está refiriendo al motor de inducción, pues el generador de inducción no tiene mucha aplicación.

Existen dos tipos de rotor, uno es el rotor bobinado y el otro es el rotor jaula de ardilla.

Rotor Bobinado.

El rotor bobinado está compuesto de un devanado polifásico similar al del estator y con el mismo número de polos que él. Los terminales del devanado del rotor se conectan a anillos rozantes aislados, montados sobre el eje, en los que se apoyan escobillas de carbón, de manera que dichos terminales resultan accesibles desde el exterior, según se aprecia en la Figura1.

Fig. 1. Rotor bobinado.

Rotor Jaula de Ardilla.

El rotor jaula de ardilla está formado por varillas conductoras alojadas en ranuras que existen en el hierro del propio rotor y cortocircuitadas en ambos extremos mediante dos anillos planos conductores dispuestos en cada lado del rotor, según se puede apreciar en la Figura 2.

Fig. 2. Rotor jaula de ardilla.

TRABAJO DE LABORATORIO

1. Obtener la razón de vueltas entre los devanados de estator y rotor de la máquina.

Para obtener la razón de vueltas entre los devanados del estator y rotor, necesitamos el voltaje en el estator del motor “V1” y el Voltaje del rotor del motor “V2” al igual que un transformador n1 y n2.Esta experiencia se ejecutara con 5 Voltajes diferentes bajo el voltaje nominal del motor de inducción rotor bobinado con su rotor en vacio.

Medición Tensión Estator (V)

Tensión Rotor (V) a=Ves/Vr

1 76 20.58 3.692 152 42.1 3.613 228.5 62.7 3.644 304.7 84.2 3.125 382.6 105 3.64

Nota: a= razón de vueltas.

2. Observar con osciloscopio la forma de onda de la corriente en partida directa.

Conectamos el motor de inducción a voltaje nominal (380 Volts) y cortocircuitamos el rotor. Con el osciloscopio vemos la forma de onda de la corriente y su comportamiento.

Gráfico de corriente de partida directa MIRB cortocircuitando el rotor.

Corriente de partida= 63.2 A (valor pick)Irms= 63,2/ √2 = 44.7 amperesVelocidad= 1488 rpm.

La corriente de partida es muy elevada al principio comparada tiempo después, se vuelve constante su valor.

3. Repetir el punto 2 insertando resistencias en serie en cada fase del devanado de rotor. Mida previamente el valor de las resistencias que insertara.

Se le agrega una resistencia en serie de 3.8 Ω a cada fase del estator trifásico

Gráfico de corriente de partida directa MIRB con resistencias en serie en cada fase de devanado del rotor.

Corriente de partida= 16.4 A (valor pick)Irms= 16,4/ √2 = 11.6 amperes

La corriente de partida ya no es tan elevada al principio y se vuelve más uniforme mientras transcurre el tiempo.

4. Realizar el ensayo de carga del motor, considerando valores de 50, 100, 150% de la corriente nominal. Mida potencia de entrada, corrientes, factor de potencia, fuerza en el eje y velocidad.

Por medio del analizador industrial trifásico obtenemos el voltaje de fase, la corriente de línea, la potencia activa, la potencia aparente y el factor de potencia del motor, además a través del tacómetro obtenemos la velocidad en rpm.

Tabla de ensayo de carga del motor.

V rms (V) I rms (A) Pin (Kw)

FP V (rpm) F (Kgf)

vacio 223.5 3.8 0.442 0.17 1488 0L1 221.7 4.9 2.28 0.68 1414 3.6L2 221 7.9 4.4 0.86 1338 7.6L3 220.9 9.54 5.3 0.89 1320 9.6

Circuito equivalente

Datos de placa del motor:

Dato Valor Descripción

Fabricante Brook Electric Motors of Canada Ltda.

Es el nombre del fabricante de la maquina.

Frame K254T Es el nombre (modelo) que recibe el armazón del motor.

Serial Nº X422821 Indica la serie de la maquina, asignándole una identificación propia al producto.

F.L. Speed 1420 / 940 / 720 / 460

Es el valor de la velocidad nominal en el eje (según conexión).

Volts 400 El valor de voltaje nominal aplicado al motor.F.L. Amp. 5 / 3.6 / 4.2 /

3.4Es el valor de la corriente nominal que circula en las líneas de entrada (según conexión).

Hz 50 Indica la frecuencia nominal de trabajo.HP 3 / 2 / 1.5 / 1 Indica el valor de potencia nominal en el eje (según

conexión).Phase 3 Es el número de fases para el cual esta diseñada la

maquina.Insulationclass

B Es la clase de aislamiento que tiene el motor.

Max amb. ºC

40 El la temperatura ambiente en máxima en la que puede trabajar la maquina.

Shaft Bearing end

310D Es el código de los descansos en los que está apoyado el eje de la máquina.

Type D.P Tipo de carcaza de la maquina.Rating Cont. Es el periodo en que la máquina puede estar

funcionando. En este caso el funcionamiento puede ser continuo.

Calcule torque, potencia de salida, rendimiento, deslizamiento y regulación de velocidad para cada punto del ensayo de carga.

T= b*FDonde;

T= Torque (N*mts)B= brazo (mts)F= fuerza (N)

Vacio (I=3.8 A)

1 pie= 0.3048 mts1 Kgf= 9.8 N

T= b*F=0.3048*0*9.8= 0

Psalida= T*wm (watts)Psalida= 0

Rendimiento= Pout/ Pin * 100%= 0

ns=120*f/P=120*50/4= 1500 rpm

S= ns-nm/ns

S=1500-1488/1500=o.oo8

%Reg V = (V vacio-Vc/ V nom)*100%

%Reg V=0

Punto 2 ( I= 4.9 A)

T= b*F=0.3048*3.6*9.8= 10.204 (Nm)

Psalida= T*wm (watts)Psalida= 10.24*1414*π/30= 1516.27 (watts)

Rendimiento= Pout/ Pin * 100%

Rendimiento=1516.27/2.28 Kw *100%= 66.5 %

S= ns-nm/nsS= 1500-1414/1500=0.057

%Reg V = (V vacio-Vc/ V nom)*100%

%Reg V = (1488-1414) / 1414= 5.2%

Punto 3 (I= 7.9 A)

T= b*F=0.3048*7.6*9.8= 25.92 (Nm)

Psalida= T*wm (watts)Psalida= 25.92*1338*π/30= 3631.78 (watts)

Rendimiento= Pout/ Pin * 100%

Rendimiento=3631.78 /4.4 Kw *100%= 82.5 %

S= ns-nm/nsS= 1500-1338/1500=0.108

%Reg V = (V vacio-Vc/ V nom)*100%

%Reg V = (1488-1338) / 1338= 11.2%

Punto 4 (I= 9.54 A)

T= b*F=0.3048*9.6*9.8= 28.67 (Nm)

Psalida= T*wm (watts)Psalida= 28.67*1320*π/30= 3963.05 (watts)

Rendimiento= Pout/ Pin * 100%

Rendimiento=3960.05 /5.3 Kw *100%= 74.7 %

S= ns-nm/nsS= 1500-1320/1500=0.12

%Reg V = (V vacio-Vc/ V nom)*100%

%Reg V = (1488-1320) / 1320= 12.7%

Grafique las curvas

El torque aumenta mientras la velocidad disminuye, el rendimiento aumenta, mientras la velocidad disminuye, aunque el rendimiento no se eleva más porque la velocidad de giro vuelve aumentar, en condiciones de carga máxima,

Conclusión.

En laboratorio pudimos analizar un motor de inducción trifásico de rotor bobinado. Gracias a los instrumentos del laboratorio como es osciloscopio y el analizador industrial, obtuvimos voltajes, corrientes y potencias del motor.

El voltaje del estator es mayor al voltaje del rotor en el motor de inducción.

La corriente de partida disminuye si le agregamos resistencias en serie a los devanados del rotor, puesto que disminuye la corriente de partida se ve un aumento del Torque.

A medida que aumenta la corriente nominal, va aumentando sus potencias por el hecho de que aumenta la corriente, aumenta la potencia, ya que el voltaje se mantiene casi constante, la velocidad va disminuyendo puesto que el torque va en su aumento.