Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Informe V4, V5 y V6. Grupo 2
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ResumenEste informe describe las principales caractersticas de un motor de induccin y las pruebas sin
carga, de rotor bloqueado y prueba DC realizadas en la
plataforma virtual Sakshat Virtual Labs.
Palabras claves Motor de induccin, prueba de rotor bloqueado, prueba sin carga y prueba DC.
I. INTRODUCCIN
os motores de induccin se constituyen como una de
las mquinas rotativas ms importantes de la industria,
esto es debido a su gran gama de aplicaciones y
facilidad de instalacin, adems ya que no necesita de
escobillas para su operacin, las partes mecnicas que sufren
desgaste son menos y el mantenimiento es menos costoso que
con otras opciones.
Por lo tanto es indispensable conocer de forma certera cul
es el modelo elctrico de estos motores, para as conocer sus
caractersticas, es por eso que se realiza esta prctica virtual en
la cual haremos las pruebas necesarias para determinar ese
modelo y tener una aproximacin a lo que ser realizar estas
pruebas en la realidad.
II. OBJETIVO
Medir la resistencia de estator de un motor de
induccin.
Realizar la prueba sin carga del motor de induccin y
determinar las prdidas en el cobre.
Realizar la prueba de rotor bloqueado y obtener los
datos de las mediciones para determinar los
parmetros R1, X1, R2, X2.
III. ALCANCE
Este procedimiento aplica para determinar el circuito
equivalente de un motor de induccin mediante pruebas sin
carga, rotor bloqueado y prueba DC empleando la plataforma
virtual Sakshat Virtual Labs.
IV. TEORA VERIFICADA
A. Circuito equivalente de un motor de induccin:
Un circuito equivalente, por fase, de un motor de induccin
se puede representar a travs de un circuito equivalente del
transformador.
Figura 1. Modelo transformador de un motor de induccin.
B. Par mximo.
El par mximo que se puede encontrar en un motor de
induccin es:
=3
2
2( + 2 + ( + 2)2)
C. Prueba DC para encontrar resistencia del estator:
La resistencia del rotor es importante para la operacin de
la mquina de induccin, ya que permite caracterizar o
determinar la curva par-velocidad que define la velocidad a la
que ocurre el par mximo. [1]
La prueba que permite conocer dicho valor es la prueba DC
que consiste bsicamente en aplicar un voltaje X en el
devanado del estator del motor de induccin, debido a que el
voltaje utilizado es DC no se presentara voltaje inducido en el
circuito del rotor y por el cual no fluir corriente, adems se
presenta que la reactancia es nula, por tanto la oposicin a la
corriente es la que se presenta en la resistencia del estator. [1]
Informe V4, V5 y V6: Pruebas para encontrar el circuito equivalente de un motor de induccin
Espitia Silva, Erick Santiago - [email protected] (223326)
Jorge Leonardo Guepud Bravo - [email protected] (223151)
Camilo Andrs Ibarra Gonzlez [email protected] (221719)
Andrs Felipe Mendieta lvarez - [email protected] (223319)
Universidad Nacional de Colombia, Bogot, Colombia.
Laboratorio de conversin electromagntica Grupo 2
L
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El montaje normalmente utilizado es:
Figura 2. Circuito para prueba de la resistencia DC.
Tomado de [1]
En la figura 2 se observa claramente que se utiliza una
fuente de tensin variable conectada entre dos terminal del
motor de induccin que se encuentra conectado en Y, adems
se ajusta la corriente del estator a un valor que sea el nominal
y se mide el voltaje. Por tanto la resistencia total se puede
calcular como:[1]
21 =
1 =2
D. Prueba de rotor bloqueado
En esta prueba se bloquea el rotor de tal manera que no se
pueda mover, se aplica un voltaje al motor y se mide la
corriente y la potencia resultante. En la figura 3 se puede
observar las conexiones que se deben realizar para realizar la
prueba de rotor bloqueado.
Figura 3. Circuito para prueba rotor bloqueado. Tomado de
[1]
Primero, se aplica una corriente AC en el estator de tal
manera que la corriente est en el valor nominal. Ya que el
rotor se encuentra quieto, el deslizamiento = 1 y por lo tanto la resistencia de rotor 2/ es exactamente 2. Teniendo 2 y 2 son de valores muy pequeos casi toda la corriente fluir a travs de ellas mientras que la reactancia de
magnetizacin al ser muy grande, no permite un flujo alto de
corriente y esta se desprecia, por lo tanto en estas condiciones
el circuito es la combinacin en serie de 1, 1, 2, 2.
Ahora, debido a que el rotor en condiciones de operacin
normal el deslizamiento suele ser del orden de 2% o 4%, la frecuencia en el rotor suele ser de 1 a 3 Hz, por lo tanto la
frecuencia de la red (60 Hz) no representa la condicin normal
de operacin. Con lo anterior se llega a que la prueba se debe
realizar con una frecuencia del 25% o menos de la frecuencia
nominal. La potencia de entrada del motor est dada por:
= 3 cos
El ngulo de la impedancia es:
cos1 (
3 )
La magnitud de la impedancia total en el circuito es
|| =
3
As tenemos qu:
= +
= || cos + || sin
Sabemos qu es la suma de las resistencias de estator y rotor y
es la suma de las reactancias del estator y el rotor a
la frecuencia de prueba. As que debemos hallar 2, esto se realiza a partir de las mediciones DC del motor donde se haya
1, por lo tanto. 2 = 1
Ahora, para llevar la reactancia a la frecuencia nominal se
hace lo siguiente:
=
= 1 + 2
La dificultad se encuentra en separar las contribuciones de
las reactancias recprocas de estator y rotor, pero se ha
demostrado que las reactancias son proporcionales en ciertos
tipos de diseo del rotor. As para seleccionar 1 y 2 se tiene la tabla I
TABLA I
PROPORCIN DE X1 Y X2 EN FUNCIN DE XL-R (TOMADO DE [1])
Diseo del rotor X1 X2
Rotor devanado
0,5 *XL-R
0,5 *XL-R
Clase A
0,5 *XL-R
0,5 *XL-R
Clase B 0,4 *XL-R 0,6 *XL-R
Clase C 0,3 *XL-R 0,7 *XL-R
Clase D 0,5 *XL-R 0,5 *XL-R
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La seccin transversal del rotor de induccin se puede
observar en la figura 4
Figura 4. Seccin transversal del rotor. a) Clase A, b) Clase
b, c) Clase C, d) Clase D
E. Prueba sin carga
En esta prueba se puede medir las prdidas rotacionales del
motor y suministra informacin sobre la corriente de
magnetizacin del mismo. En este caso el deslizamiento del
motor es muy pequeo, del orden de 0,001 o menos, el
circuito de conexin para la prueba sin carga se observa en la
figura 5.
Figura 5. Circuito para prueba sin carga. Tomado de [1]
El circuito equivalente en la condicin descrita
anteriormente se reduce aproximadamente a la rama 1, 1 en serie con el paralelo entre y . Adems en estas condiciones la potencia de entrada medida debe corresponder
a las prdidas del motor. Las prdidas en el cobre del estator
estn dadas por:
= 3121
Adems debido a que el factor de potencia es muy pequeo
la impedancia equivalente es aproximadamente:
|| 1 +
Ya que 1 se encuentra mediante la prueba de rotor bloqueado, una vez se tenga ese valor se puede hallar .
V. ANLISIS Y RESULTADOS
A. Prueba DC
Para la prueba DC se emple la siguiente plataforma:
Figura 6. Circuito para prueba sin carga.
En la figura 6 se puede observar claramente los dispositivos
virtuales principales, un ampermetro y voltmetro que
arrojaran los valores con el cual se calculara la resistencia DC.
La conexin realizada fue:
Figura 7. Conexin realizada.
Los valores encontrados con diferentes valores de tensin y
corriente son: TABLA II
INFORMACIN OBTENIDA DE LA PRUEBA DC
Tensin VDC (V)
Corriente IDC
(A)
Resistencia R1
()
43.43
197.4
0.1100
87.46
397.5
0.1100
133.40 606.5 0.1099
175.40 797.3 0.1099
220.00 1000.0 0.11
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Para encontrar el valor de la resistencia R1 se emple la
siguiente expresin:
1 =2
De la tabla II se puede concluir que la resistencia R1 tiene un
valor de 0.11 .
B. Prueba de rotor bloqueado
La prueba de rotor bloqueado se realiz en la plataforma
virtual y se siguieron las indicaciones para realizar la prueba y
se efectuaron las conexiones tal como muestra la figura 8.
Figura 8.Conexin para la prueba de rotor bloqueado.
Al no conocer el valor de corriente nominal del motor, se
procedi a realizar una tabla de valores variando en pasos de
aproximadamente 10% de la tensin mxima. Los valores que
se observan al cambiar la tensin aplicada son los mostrados
en la tabla III. TABLA III
DATOS PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO
Voltmetro Ampermetro Vatmetro 1 Vatmetro 2
12,57 2,993 0,058 0,064
24,48 5,828 0,243 0,222
36,9 8,786 0,553 0,506
49,63 11,81 1,004 0,915
60,51 14,4 1,488 1,366
73,03 17,38 2,167 1,984
87,76 20,89 3,129 2,861
98,14 23,36 3,913 3,578
115,7 27,55 5,445 4,978
127 30,23 6,555 5,993
Con estos valores y aplicando las ecuaciones de la seccin
IV.D y adems asumiendo X1 y X2 iguales se tiene los
valores de la tabla IV
TABLA IV
VALORES DE R2, X1 Y X2 DE LA PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO
R2 X1 X2
-0,1055 1,2124 1,2124
-0,1054 1,2126 1,2126
-0,1054 1,2124 1,2124
-0,1054 1,2131 1,2131
-0,1054 1,2130 1,2130
-0,1054 1,2130 1,2130
-0,1054 1,2127 1,2127
-0,1054 1,2128 1,2128
-0,1054 1,2123 1,2123
-0,1054 1,2128 1,2128
De la tabla 4 se puede decir que el valor de R2=-0,1054 y X1=X2=1,2127 .
C. Prueba de vaco:
La prueba de vaci se realiz de la siguiente forma:
Figura 9.Conexin para la prueba de vaco.
TABLA V
INFORMACIN OBTENIDA DE LA PRUEBA DE VACO
Tensin
VDC (V)
Corriente
IDC (A)
Vatmetro 1
() Vatmetro
2 (W)
23.77
0.263
0.004
0.009
51.26
0.567
0.021
0.044
76.51 0.847 0.048 0.098
102.10 1.131 0.086 0.175
127.00 1.406 0.133 0.270
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Figura 10.Lneas de campo debido a la corriente en el estator y
rotor.
Figura 11.Lneas de campo debido a la corriente en el estator.
Figura 12.Lneas de campo debido a la corriente en el rotor.
Figura 13. Densidad total de corriente de Eddy.
Figura 14. Densidad de flujo magntico total.
TABLA VI
PERDIDAS EN EL HIERRO
RFE (K) XFE ()
130.39
90.4
121.27
90.4
120.28 90.3
119.82 90.3
120.07 90.3
De lo anterior se puede encontrar que RFE es 120.1 K aproximadamente y XFE es 90.35 .
El circuito equivalente es entonces el mostrado en la figura
15:
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Figura 15. Circuito equivalente.
VI. TEST
A. Test prueba DC
Se tenan dos preguntas:
1. Si RAC es la resistencia medida aplicando voltaje AC y RDC es la resistencia medida aplicando voltaje DC.
Entonces de lo mostrado es verdad:
RAC >RDC.
La respuesta es la a.
2. A medida que se aumenta el deslizamiento, manteniendo todos los parmetros de la maquina
constante, la corriente de entrada y la impedancia:
Incrementa, decrece.
B. Quiz prueba rotor bloqueado
1. En un motor de induccin con rotor bobinado, se pone una fuente trifsica balanceada en el rotor y los
devanados del rotor se cortocircuitan. El rotor
debera:
Girar en sentido contrario al campo rotativo. 2. Un motor de induccin trifsico con rotor de jaula de
ardilla, a 50 Hz y 4 Polos ha sido rebobinado a 6
polos sin alteraciones en el rotor. Ahora el motor
debera girar a una velocidad:
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