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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS LABORATORIO N°1 MOTOR BOBINADO AUTORES: Magallanes Escate Lucero del Milagro 20114157k Espinoza Eduardo Vicente Cuadros William Socualoya Jordan Romani Diego

Labo 2 Rotor Bobinado

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Page 1: Labo 2 Rotor Bobinado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA

MECÁNICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS

LABORATORIO N°1

MOTOR BOBINADO

AUTORES:

Magallanes Escate Lucero del Milagro 20114157k

Espinoza Eduardo

Vicente Cuadros William

Socualoya Jordan

Romani Diego

SECCION: B

DOCENTE:

HUAMAN FLOREN ACEL

FECHA DE PRESENTACIÓN DE INFORME: 17/11/15

LUGAR DE REALIZACIÓN: Laboratorio de electricidad, UNI. RÍMAC

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CONTENIDO

CONTENIDO.........................................................................................................0

I. OBJETIVOS.....................................................................................................1

II. CONCEPTOS FUNDAMENTALES.....................................................................1

1. Partes del motor........................................................................................2

2. Circuito Equivalente..................................................................................3

III. EQUIPO DE TRABAJO.....................................................................................5

IV. DATOS OBTENIDOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS...........................................8

1. Resistencias de Rotor y de Aislamiento.....................................................8

V. PRUEBA DE CORTO CIRCUITO.......................................................................8

VI. PRUEBA EN VACIO.........................................................................................9

VII. PRUEBA CON CARGA...................................................................................10

VIII.CUESTIONARIO............................................................................................11

IX. OBSERVACIONES.........................................................................................16

X. CONCLUSIONES...........................................................................................16

XI. RECOMENDACIONES...................................................................................17

XII. ANEXOS......................................................................................................18

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I. OBJETIVOS

o Conexión y puesta en servicio de Motores de Corriente Alterna con Rotor Bobinado.

o Obtención del modelo eléctrico del motor ensayado a partir de los valores obtenidos.

o Determinar las perdidas y la eficiencia del motor ensayado.

II. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla; bobinado, y un estátor, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:

ϵ=−N dΦdt

Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión.

El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción.

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La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor.

La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento.

Una característica importante del motor asíncrono es que la velocidad de trabajo depende de la frecuencia de la red donde se lo conecta. Un motor asíncrono nunca supera esta frecuencia.

1. Partes del motor

Figura (1) Motor AC con rotor bobinado..

Estator

Un estator es una parte fija de una máquina rotativa, la cual alberga una parte móvil (rotor). En los motores asíncronos trifásicos, tienen un bobinado distribuido en ranuras a 120º. Tienen tres bobinados en el estator, estos bobinados están desfasados 2 π/ (3P), siendo P el número de polos de la maquina

Rotor

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El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estator, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un reóstato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque.

Figura (2) Partes de un motor AC con rotor bobinado..

2. Circuito Equivalente

Los motores DC pueden ser analizados partiendo de su circuito eléctrico equivalente. A diferencia de los motores AC, el circuito equivalente de este tipo de motores es bastante sencillo en elaboración como también en análisis al tratarse de valores de voltaje y corriente continuos.

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Figura (3) Circuito equivalente de un motor AC.

Balance de potencia de en un motor asíncrono

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La expresión de la potencia mecánica total en función de los parámetros del circuito equivalente es:

PMecánicaTotal=PMecánicaUtil+PPérdidas Mecanicas=3m2R r∗[ (1−s )

s ]∗( I rm )2

III. EQUIPO DE TRABAJO

Para la realización de este ensayo se necesitó el uso de un banco de pruebas y de una máquina de corriente alterna, equipos proporcionados por el laboratorio de electricidad de la facultad de ingeniería mecánica. El equipo completo es mostrado en la figura (7).

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Figura (7) Banco Activo de Pruebas y Generador de Corriente alterna.

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Las características del banco activo de pruebas son mostradas en la tabla (1).

Tabla (1) Características del Banco Activo de Pruebas.

Asimismo, las características del motor eléctrico se muestran en la tabla (2).

Tabla (2) Características del Motor de Corriente Alterna.

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Adicionalmente se hará uso de otros equipos tanto para simular las condiciones de funcionamiento como para realizar las mediciones. Estos se listan a continuación:

Manguito de Acoplamiento 01 Cubierta de Acoplamiento 01 Interruptor de 04 polos 01 Conmutador D - Y 01 Fuente de corriente alterna regulable 01 Multímetro digital FLUKE 04 Conectores de seguridad 25 Juego de cables de 4mm2

02 Multímetro analógico/digital – medidor de potencias y F.P.

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IV. DATOS OBTENIDOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Resistencias de Rotor y de Aislamiento Resistencia óhmica por fase

Devanado Terminales R fase(Ω)

EstatorU1 - U2 102V1 - V2 102.84

W1 - W2 101.65

Resistencia de aislamientoDevanad

oTerminale

s Raislador (MΩ)

Estator

U1 - MASA 171.2V1 - MASA 177.2

W1 - MASA 165.2

V. PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

En ensayo en vació se realiza con el objetivo de encontrar las pérdidas del motor durante su funcionamiento. Estas pérdidas incluyen principalmente las de fricción y ventilación, y las ocurridas en el núcleo magnético del motor.

Los datos obtenidos en esta prueba se muestran en la tabla (3) a continuación.

Prueba de corto circuito (Rotor bloqueado)

V linea (Voltios)

I linea (Ampers

)P Q S Cos(φ)

R R Wats VAR VOLT-AMPER167.2 0.31 22.56 58.984 89.78 0.449240.2 0.46 50.81 184.51 191.38 0.456262.6 0.48 56.89 210.78 218.32 0.448

Tabla (3) Valores obtenidos en el ensayo con carga.

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Circuito utilizado en los ensayos de maquinas eléctricas industriales

Montaje de la maquina e instrumentación Circuito equivalente monofásico en el ensayo

de corto circuito

ZCC = VCC / ICC

RCC = PCC / ICC2 = R1 + R2'

XCC = ZCC2 - RCC

2 1/2 = X1 + X2'

VI. PRUEBA EN VACIO

V linea (V) I linea (A) P (W) Q (VARs)

VELOCIDAD (RPM) Cos(φ)

150.3 0.27 18.87 35.93 650 0.467160.2 0.26 20.8 36.09 1150 0.5

170 0.23 21.36 32.75 1870 0.557181.5 0.2 21.07 29.56 2340 0.587197.4 0.17 19.67 27.19 2700 0.604214.4 0.15 18.99 25.95 2910 0.595261.6 0.12 17.44 26.1 3190 0.54

Montaje de la instrumentación Circuito monofásico equivalente operando en vacío a RPM constante

Circuito utilizado en los ensayos de maquinas eléctricas industriales ZO = VO / IO

RO = PO / IO2 = R1 + RM

XO = ZO2 - RO

2 1/2 = X1 + XM

VII. PRUEBA CON CARGA

Datos obtenidos en el laboratorio

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V Rs¿)V ST (V)

V RT (V)

IR (A)

P INGR . (W)

PUTIL (W) Torque (N-m)

Velocidad (RPM) Ef. Cos(φ)

264.3 264.3 264.3 0.22 35.04 92.61 0.33 2680 0.88 0.61261.1 261.1 261.1 0.16 25.41 74.9 0.24 2980 0.98 0.588260.6 260.6 260.6 0.2 30.85 79.73 0.27 2820 0.86 0.611261.8 261.8 261.8 0.28 35.95 96.03 0.35 2620 0.89 0.601260.1 260.1 260.1 0.29 44.48 89.85 0.39 2200 0.67 0.588

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VIII. CUESTIONARIO

1. Cómo se invierte el sentido de giro de éste motor asíncrono y cuantas posibili-dades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. ha realizado.

Para cambiar el sentido de giro de un motor basta con intercambiar dos de las fases de alimentación.

2. Realice todos los cálculos necesarios que le conduzca a construir el diagrama equivalente monofásico valorado, referido al estator con sus valores registrados y calculados en los ensayos de vuestros laboratorios.

Resultados:

Prueba en Vacío:

V0 I0 Z0 P0 R0 X0 R1 RM

( VOLTIOS ) ( AMPERIOS ) (Ω) W (Ω) (Ω) (Ω) (Ω)

150.3 0.27 884.4444 18.87 336.5926 817.8920 51.5167 285.0759160.2 0.26 806.6667 20.80 428.9352 683.1733 51.5167 377.4185

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Prueba de Cortocircuito:

Vcc Icc Zcc Pcc Rcc Xcc R1 R2 X1 X2'(V) (A) (Ω) W (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω)

162.7 0.31 123.0292 22.56 120.3316 25.6220 51.5167 68.8149 12.8110 12.8110240.4 0.46 135.5765 50.81 128.2268 44.0328 51.5167 76.7101 22.0164 22.0164

Prueba con Carga

V linea¿) I linea (A) P INGR . (W) PUTIL (W) Torque (N-m) Velocidad (RPM) Ef. Cos(φ)S (%)

264.3 0.22 35.04 92.61 0.33 2680 0.88 0.61 1.944261.1 0.16 25.41 74.9 0.24 2980 0.98 0.588 3.8889260.6 0.2 30.85 79.73 0.27 2820 0.86 0.611 5.5556261.8 0.28 35.95 96.03 0.35 2620 0.89 0.601 8.6111260.1 0.29 44.48 89.85 0.39 2200 0.67 0.588 5.5556

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3. Graficar VLINEA vs I1, PNUCLEO vs I1.

Curva VLINEA (V) vs I1 (A)

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3258259260261262263264265

Voltaje VS corriente

Corriente (A)

Volta

je (V

)

Curva PNUCLEO (W) vs I1 (A)

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30

20

40

60

80

100

120

Potencia de salida VS Corriente

Corriente (A)

Pote

ncia

(W)

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4. Determinar las pérdidas rotacionales en el motor probado.

Del ensayo con carga:

Pingre−Putil=PRotacionales

P INGR . PUTIL PRot

W W W35.04 30.87 4.1725.41 24.97 0.4530.85 26.58 4.2735.95 32.01 3.9444.48 29.95 14.53

5. Graficar las curvas T, EF y FP vs velocidad.

Curva Torque (N-m) vs RPM

2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.45

TORQUE(N-m) vs. RPM

RPM

TORQ

UE(N

-m)

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Curva Eficiencia (%) vs RPM

2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

0.51

1.52

2.53

3.5

EFICIENCIA(%) VS. RPM

RPM

EFIC

IENC

IA(%

)

Curva Cosϕ vs RPM

2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

500100015002000250030003500

COS(Φ) VS. RPM

RPM

COS(

Φ)

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IX. OBSERVACIONES

Antes de iniciar cualquier ensayo con el banco de pruebas verificar que las conexiones han sido realizadas correctamente. Además, verificar que los equipos están operando con normalidad. Suele suceder que el transformador trifásico que alimenta el banco queda en triangulo abierto produciendo que el banco no arranque con normalidad.

Notar que el banco de pruebas está diseñado para trabajar en la forma más segura posible, es decir, no podrá funcionar si la carga universal y el generador no están acoplados y cubiertos con el equipamiento respectivo.

Si se requiere realizar alguna conexión que no esté indicada en la guía del laboratorio, comprobar primero su correcto planteamiento mediante un análisis de circuitos previo o consultando al ingeniero o técnico de apoyo.

Durante el proceso de cálculo se encontraron resultados anómalos que diferían de la tendencia real de la curva por lo que se obviaron dichos datos en la elaboración de las curvas.

X. CONCLUSIONES

Se concluye que las curvas generadas a partir de los datos obtenidos en el laboratorio se ajustan a la teoría estudiada en clase.

De la curva Torque vs. RPM se concluye que el torque máximo se da a la velocidad nominal del motor.

De los resultados de motor con carga se concluye que la potencia útil máxima se obtiene a la velocidad nominal.

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XI. RECOMENDACIONES

Antes de empezar a realizar cualquier medición es muy importante que se tenga clara la teoría sobre el tema. Se debe, principalmente, entender qué tipo de motor se está ensayando y cuáles son sus peculiaridades. Esto agilizará la toma de datos y su respectivo análisis.

Nunca dejar en RINCE los equipos del banco de ensayos puesto que estos nos ofrecen garantías pues cuentan con equipos de protección contra sobrecorrientes de sobrecarga o cortocircuito producido por una mala conexión o condición de funcionamiento.

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XII. ANEXOS

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