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Universidad Nacional Autónoma de Honduras Facultad de
Ingeniería
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Laboratorio Maquinas II
Tarea IV
Instructora: Ing. Soraya Blanco
Alumno: Joel Castillo
Cuenta: 20070000180
Fecha de Entrega: Jueves 21 de abril de 2016
Tegucigalpa MDC Honduras CA
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Introducción
Las maquinas de inducción se basan en el concepto de campo
magnético giratorio. Se
publicaron las bases teóricas en 1888 por Galileo Ferraris
en Italia y Nikola Tesla en
Estados Unidos. El diseño consistía en producir campos magnético
giratorios con siste-
mas bifásicos es decir utilizando dos bobinas a 90° alimentadas
con corrientes en cuadra-
tura. Tesla utilizo devanados concentrados tanto en el estator
como en el rotor logrando
con ello un motor más práctico.
La máquina asíncrona difiere de los demás tipos de máquinas a
que no existe corriente
conducida a uno de los arrollamientos. La corriente que circula
por el devanado del rotor
se debe a la fem inducida por la acción del flujo del otro. La
velocidad de giro del motor
no es la velocidad de sincronismo impuesta por la frecuencia de
la red.
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Construcción de una Máquina Asíncrona
La máquina asíncrona está formada por un estator y un rotor. En
el estator se coloca nor-
malmente el inductor, alimentado por una red monofásica o
trifásica. El rotor es el indu-
cido, y las corrientes que circulan por el aparecen como
consecuencia de la interacción
con el flujo del estator.
Dependiendo del tipo de rotor las máquinas síncronas se
clasifican en:
a)
Rotor de Jaula de Ardilla o en corto circuito
b) Rotor Devanado o con anillos
El estator está formado por un apilamiento de
chapas de acero al silicio que disponen de unas
ranuras en su periferia interior en las que se sitúan
un devanado trifásico distribuido, alimentado por
una corriente del mismo tipo, de tal forma que se
obtiene un flujo giratorio de amplitud constante
distribuido senoidalmente por el entrehierro.
El rotor está constituido por un conjunto de chapas
apiladas, formando un cilindro, que tienen unas ranu-
ras en la circunferencia exterior, donde se coloca el
devanado. En el de jaula de ardilla se tienen una serie
de conductores de cobre o aluminio puestos en cortocircuito por
dos anillos laterales.
En el de rotor devanado o con anillos, se tiene un arrolla-
miento trifásico similar al situado en el estator, en el que
las
fases se conectan por un lado en estrella y por el otro se
en-
vían a unos anillos aislados entre sí.
La máquina asíncrona está dotada también por elementos mecánicos
necesarios para su
funcionamiento.
Tapas o cubos
Rodamientos
Carcasa etc.
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La figura anterior muestra claramente una vista de la caja de
bornes de una maquina asín-
crona.
Para invertir el giro del motor es preciso cambiar el sentido de
movimiento del campo
giratorio, lo cual se logra intercambiando entre si dos de los
cables que se unen a la red
de alimentación.
Circuito Equivalente del Motor Asíncrono
Para el circuito equivalente del motor asíncrono se tiene que la
corriente que circula por
el rotor es:
La siguiente figura muestra un desarrollo del circuito
equivalente del motor asíncrono.
La ecuación de la corriente en el rotor responde a la ecuación
anterior. Siempre notando
que la segunda ecuación dada hasta el momento describe un rotor
pseudoestacionario con
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parámetros E2 y X2 son respectivamente, la fem y la
reactancia del rotor en reposo, inde-
pendientes del movimiento el efecto de este se incluye en
R 2I s de tal modo que la fre-
cuencia de este rotor estacionario ficticio
es f 1.
La resistencia R c se denomina resistencia de carga y
representara el efecto equivalente a
la carga mecánica que lleve el motor, o de otro modo la potencia
eléctrica disipada enR c representara la potencia
desarrollada por el motor en su movimiento de rotación, es
decir, la potencia mecánica en el eje.
Es necesario tomar en cuenta los acoplamientos magnéticos, es
necesario también refe-
rir el secundario al primario es decir el estator referirlo al
rotor.
Quedando el circuito equiva-
lente de la siguiente forma:
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Se tienen que adaptar los parámetros del rotor a los del
estator, produciendo las igualda-
des siguientes:
Como consecuencia de lo anterior los nuevos parámetros del rotor
serán:
Finalmente se puede mostrar el modelo del circuito equivalente
obtenido hasta este
punto solo faltando mostrar solo las relaciones de tensión
y corrientes siguientes.
El primer circuito es el modelo exacto y el otro es el modelo
aproximado.
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Pruebas en el Motor Asíncrono
Ensayo de vacío o de rotor libre
El motor en esta situación gira a una velocidad muy cercana a la
del campo giratorio, lo
que indica, que la resistencia de carga R c’ tiene un valor
muy elevado, pero no infinito,
como no se ejerce ningún par de carga en el eje la potencia
disipada en esta resistencia
representa la perdida en rozamiento y ventilación del motor.
Ensayo de cortocircuito o de rotor Bloqueado
Este ensayo se realiza bloqueando el rotor impidiéndole que
gire, es decir, n = 0, por lo
que se tendrá s = 1, Rc’ = 0, lo que indica
que el motor se comporta como un transfor-
mador con el secundario en cortocircuito. Al estator se le
aplica una tensión creciente,
partiendo de cero, hasta que la corriente absorbida sea la
asignada, I 1cc = I 1n , midiendo
a
la vez la tensión aplicada y la potencia absorbida. La corriente
de vacío Io es entonces
despreciable frente a I 1n debido a la pequeña
tensión necesaria, resultando el circuito
equivalente de la figura anterior, que se obtiene al despreciar
la rama paralelo del es-
quema de la figura y hacer Rc’ = 0 debido a que en estas
condiciones el deslizamiento es
la unidad.
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Diagrama Circular
Considerando el circuito de la siguiente figura:
La impedancia en serie es:
Y0 es la admitancia de la
rama de vacío.
Para construir el lugar geométrico de I1 debe conocerse
previamente el de I0’. El vector
que representa I0 tiene una orientación completamente
definida debido a la constancia de
V1 e Y0; sin embargo, el vector I2’ es variable en magnitud
y sentido ya que depende de
Ys y con ello I2’ al aplicar entonces la igualdad anterior
podrá obtenerse la forma de va-riación de I1. Para encontrar
Zs se han tomado en cuenta de la siguiente figura las
resis-
tencias en ordenadas y las reactancias abscisas, de tal forma
que, al ir variando s, el afijo
del vector Zs va recorriendo la recta MN paralela al eje de
ordenadas debido a que la
reactancia X1 +X2’ es una magnitud constante. Se han
señalado en esta recta diversos
puntos importantes que se obtienen al dar valores
específicos al deslizamiento s, lo que
da como resultado:
a)
Punto Ps’: Se obtiene al hacer s = 0, resultando una componente
resistiva infinita,
por ello este punto se encuentra en el infinito de la
recta MN .
b)
Punto Pcc’: Se obtiene al hacer s = 1 resultando un valor
de la resistencia igual a
R 1 + R 2’.
c)
Punto P∞’: Se obtiene al hacer s = ∞, lo que da lugar a una
resistencia total R 1
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Para obtener la figura inversa que corresponde a la admitancia
Ys habrá que trazar una
circunferencia cuyo centro se encuentra sobre una recta
perpendicular a MN que pase por
el polo 0. Para determinar el diámetro de la circunferencia se
observa que si T es el ho-mólogo de T’ se debe
cumplir:
Para determinar el lugar geométrico de la corriente I2’ es
preciso, multiplicar por V1 todas
las magnitudes del círculo, de tal forma que, si se desea que
las direcciones de Ys sean las
de las intensidades, es preciso a efectos de diagrama fasorial,
que el eje de las tensiones
coincida con el de las resistencias, ya que las intensidades en
estas van en fase con la
tensión aplicada.
Para determinar posteriormente I1 se debe aplicar la
identidad anterior de admitancias loque se muestra resultando de
agregar I0 a I2’ tomando como afijo de la corriente de
vacío
el origen O = P resultando un nuevo origen correspondiente.
Los resultados para este análisis se usan de los ensayos de
cortocircuito y vacío.
Y se obtienen, así como se muestra en la siguiente figura:
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Se observa de la figura anterior que para un punto genérico de
funcionamiento tal como
el P, la ordenada correspondiente a PD =
I 1 cosϕ representa la componente activa de la
corriente absorbida por la máquina, si se multiplican las
ordenadas por m1V1, siendo V1
la tensión simple de la red, se obtiene la potencia activa
absorbida de la red.
En consecuencia, la distancia entre los puntos del circulo y el
eje horizontal que pasa por
el origen O1 dan a una cierta escala la potencia absorbida
por la máquina. Los puntos
situados por encima del eje horizontal corresponden a potencias
positivas, es decir, ab-
sorbidas por la maquina mientras que los puntos situados en la
parte inferior corresponden
a potencias cedidas a la red.
Las pérdidas en el cobre se expresan por:
Las pérdidas en el hierro se obtienen de la figura anterior
como:
Para calcular la potencia mecánica interna desarrollada por el
motor habrá que deducir de
la potencia absorbida, representada por el segmento PD, la
potencia perdida en el hierro:
segmento CD, y las disipadas por el efecto Joule, segmentos AB y
BC. En consecuencia,
la potencia mecánica interna desarrollada por la maquina vendrá
expresada por el seg-
mento:
Por lo tanto, las distancias de los puntos del circulo a la
línea PsPcc indican la potencia
mecánica interna desarrollada por la máquina. Por ello la recta
PsPcc se la conoce con el
nombre de línea de potencias.
El rendimiento de la maquina viene dado por:
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La potencia que llega al rotor Pa es la suma de la potencia
mecánica interna más las per-
didas en el cobre de ese devanado, resultando:
La distancia vertical entre los puntos de la circunferencia y la
recta P s P ∞ expresa la po-
tencia que llega al rotor.
La magnitud PB indicará a una cierta escala el par
electromagnético producido por la
máquina. Es la velocidad de sincronismo, indica que Pa es
una medida del par, la que da
origen a la unidad de vatio síncrono. Como las distancias a
la línea P s P ∞ determinan el
valor del par, se conoce a esta recta con el nombre de línea de
pares.
El diagrama permite determinar también el deslizamiento de la
máquina, debe recordarse,
que se cumple:
