accionamientos eléctricos ii
TRANSCRIPT
Accionamientos Eléctricos II
Verena Mercado Polo
Ing. Electricista , Especialista y M.Sc
Clase 3. Pruebas y Parámetros del
Motor
Clases de diseño de los motores de inducción
Si se cambian las características del rotor de los motores de inducción se
pueden producir varias curvas par-velocidad.
IEC (International Electrotechnical Commission) en Europa y la NEMA
(National Electrical Manufacturers Association) en Estados Unidos han
definido una serie de diseños estándar con diferentes curvas de par-
velocidad
• Los motores presentan un par de arranquenormal, una corriente de arranque normal ybajo deslizamiento. El deslizamiento a plenacarga debe ser menor a 5%
• El par máximo es 200 o 300% del par a plenacarga y se presenta a un bajo deslizamiento(menos de 20%).
• El par de arranque de este diseño es por lomenos el par nominal en los motores grandesy es 200% o más del par nominal de motoresmás pequeños.
Diseño Clase A
Clases de diseño de los motores de inducción
• Los motores tienen un par de arranque normal, una corriente dearranque más baja y un bajo deslizamiento. Este motor producealrededor del mismo par de arranque que un motor clase A con25% menos de corriente.
• El par máximo es mayor o igual a 200% de su par de carga nominal,pero menor al de diseño clase A debido al incremento de lareactancia del rotor.
Diseño Clase B
• Los motores tienen un par de arranque alto con corrientes dearranque bajas y deslizamiento bajo (menos de 5%) a plena carga.
• El par máximo es un poco mayor al de los motores clase A,mientras que el par de arranque es hasta 250% del par a plena carga.
Diseño Clase C
• Los motores tienen un par de arranque muy alto (275% o más delpar nominal) y una baja corriente de arranque, pero también tienenun alto deslizamiento a plena carga.
• Son motores de inducción clase A ordinarios, pero las barras delrotor son más pequeñas y están hechas con un material que tieneuna resistencia más alta.
• La alta resistencia del rotor desplaza el par pico a una velocidadmuy baja.
Diseño Clase D
Arranque de los Motores de Inducción
Para estimar la corriente del rotor en condiciones de arranque, todos los motores
de jaula tienen una letra código de arranque (que no se debe confundir con la letra
de clase de diseño) en su placa de características.
Esta letra código establece los límites de la cantidad de corriente que el motor
puede aceptar en condiciones de arranque.
Tabla de letras de código NEMA que indica los kVA/hp de arranque nominalesde un motor. (Reproducida con el permiso de Motors and Generators, NEMAPublication MG-I, derechos de autor 1987 de NEMA.)
𝐼𝐿 =𝑆𝐴𝑟𝑟𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
3𝑉𝐿𝐿
Ejercicio 1
¿Cuál es la corriente de arranque de un motor de inducción trifásico de 20
hp, 208V, letra código G?
Determinación de los parámetros del modelo del
circuito
El circuito equivalente de un motor de inducción es muy útil para determinar la
respuesta del motor ante cambios en la carga.
Para determinar R1, R2, X1, X2 y XM para un motor real, se pueden utilizar una
serie de pruebas al motor de inducción.
Prueba en vacío
La prueba en vacío de un motor de inducción mide las pérdidas rotacionales del
motor y brinda información sobre su corriente de magnetización.
Determinación de los parámetros del modelo del
circuitoPrueba en vacío
Las perdidas en el cobre del rotor son despreciables
porque la corriente I2 es extremadamente pequeña
[debido a la gran resistencia de carga R2(1 − s)/s], por
lo que se pueden despreciar.
Las pérdidas en el cobre del
estator están dadas por
𝑃𝑃𝐶𝐸 = 3𝐼12𝑅1
Determinación de los parámetros del modelo del
circuitoPrueba en vacío
La potencia de entrada debe ser igual a
𝑃𝑒𝑛𝑡 = 𝑃𝑃𝐶𝐸 + 𝑃𝑛ú𝑐𝑙 + 𝑃𝐹𝑦𝑅 + 𝑃𝑚𝑖𝑠𝑐
𝑃𝑒𝑛𝑡 = 3𝐼12𝑅1 + 𝑃𝑟𝑜𝑡
𝑃𝑟𝑜𝑡 = 𝑃𝑛ú𝑐𝑙 + 𝑃𝐹𝑦𝑅 + 𝑃𝑚𝑖𝑠𝑐
La impedancia de entrada equivalente es aproximadamente
𝑍𝑒𝑞 =𝑉∅𝐼𝑙.𝑠𝑐
≈ 𝑋1 + 𝑋𝑀
Determinación de los parámetros del modelo del
circuito
Prueba de cd para determinar la resistencia del estator
La resistencia del rotor R2 juega un papel extremadamente importante en la operación de
un motor de inducción. Entre otras cosas, determina la forma de la curva par-velocidad
pues especifica la velocidad a la que se presenta el par máximo.
Circuito de prueba de una prueba de cd de resistencia.
Determinación de los parámetros del modelo del
circuito
Prueba del rotor bloqueado
En esta prueba se bloquea o enclava el rotor para que no se pueda mover, se aplica un
voltaje al motor y se miden el voltaje, la corriente y la potencia resultantes.
𝑓𝑟 = 𝑓𝑒 = 𝑓𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎
𝐼𝐿 =𝐼𝐴 + 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶
3≈ 𝐼𝐿.𝑛𝑜𝑚
Determinación de los parámetros del modelo del
circuito
Prueba del rotor bloqueado
Una vez que se fijaron el voltaje y la
frecuencia para la prueba, se ajusta
rápidamente el flujo de corriente en el
motor a un valor cercano al valor nominal
y se miden la potencia de entrada, el
voltaje y la corriente antes de que el rotor
se caliente demasiado. La potencia d
entrada al motor esta dada por
En este momento, la magnitud de la
impedancia total en el circuito del motor es
y el ángulo de la impedancia total es θ. Por
lo tanto,
La resistencia del rotor bloqueado RRB es
igual a
Determinación de los parámetros del modelo del
circuito
Prueba del rotor bloqueado
la reactancia del rotor bloqueado 𝑋𝑅𝐵′ es
igual a
donde 𝑋1′ y 𝑋2
′ son las reactancias del
estator y del rotor con respecto a la
frecuencia de la prueba, respectivamente
La resistencia del rotor R2 como
donde R1 se determinó en la prueba de cd
La reactancia total equivalente a la
frecuencia normal de operación es
Ejercicio 2
Los siguientes datos se obtuvieron de unas pruebas que se le realizaron a un motor de
inducción de 7.5 hp, con cuatro polos, 208 V, 60 Hz, diseño A, conectado en Y, con una
corriente nominal de 28 A.
a) Dibuje el circuito equivalente por fase de este motor.
b) Encuentre el deslizamiento con par máximo y encuentre el valor del par máximo.
Ejercicio 2
Los siguientes datos se obtuvieron de unas pruebas que se le realizaron a un motor de
inducción de 7.5 hp, con cuatro polos, 208 V, 60 Hz, diseño A, conectado en Y, con una
corriente nominal de 28 A.
Solución:
a) De la prueba CD 𝑉𝐶𝐷 = 13.6 𝑉 𝐼𝐶𝐷 = 28.0 𝐴
De la prueba en vacío: 𝑉𝑇 = 208 𝑉 𝐼𝐴 = 8,12 𝐴
𝐼𝐵 = 8,20 𝐴
𝐼𝐶 = 8,18 𝐴
𝑓 = 60 𝐻𝑧
𝑃𝑒𝑛𝑡 = 420𝑊
Ejercicio 2
Los siguientes datos se obtuvieron de unas pruebas que se le realizaron a un motor de
inducción de 7.5 hp, con cuatro polos, 208 V, 60 Hz, diseño A, conectado en Y, con una
corriente nominal de 28 A.
Solución:
a)
De la prueba de rotor bloqueado 𝑉𝑇 = 25 𝑉 𝐼𝐴 = 28.1 𝐴
𝐼𝐵 = 28.0 𝐴
𝐼𝐶 = 27.6 𝐴
𝑓 = 15 𝐻𝑧
𝑃𝑒𝑛𝑡 = 920𝑊
Ejercicio 2
Los siguientes datos se obtuvieron de unas pruebas que se le realizaron a un motor de
inducción de 7.5 hp, con cuatro polos, 208 V, 60 Hz, diseño A, conectado en Y, con una
corriente nominal de 28 A.
Solución:
a) De la prueba de rotor bloqueado 𝑉𝑇 = 25 𝑉 𝐼𝐴 = 28.1 𝐴
𝐼𝐵 = 28.0 𝐴
𝐼𝐶 = 27.6 𝐴
𝑓 = 15 𝐻𝑧
𝑃𝑒𝑛𝑡 = 920𝑊
Ejercicio 2
Los siguientes datos se obtuvieron de unas pruebas que se le realizaron a un motor de
inducción de 7.5 hp, con cuatro polos, 208 V, 60 Hz, diseño A, conectado en Y, con una
corriente nominal de 28 A.
Solución:
b) Equivalente thevenin
𝑉𝑇ℎ = 𝑉∅𝑋𝑀
𝑋1 + 𝑋𝑀
𝑅𝑇ℎ = 𝑅1𝑋𝑀
𝑋1 + 𝑋𝑀
2
𝑋𝑀 ≈ 𝑋1
Ejercicio 2
Los siguientes datos se obtuvieron de unas pruebas que se le realizaron a un motor de
inducción de 7.5 hp, con cuatro polos, 208 V, 60 Hz, diseño A, conectado en Y, con una
corriente nominal de 28 A.
Solución:
b) Equivalente thevenin
Ejercicio 3
Se ha ensayado un motor de inducción trifásico de rotor devanado y se han obtenido los
siguientes resultados:
Este motor tiene los devanados tanto del estator como del rotor conectados en estrella y es
de 4 polos, 50 HP, 460 V y 60 Hz.
Si se desprecian las pérdidas en el hierro y mecánicas. Determinar:
a) La velocidad del motor con la carga asignada.
b) Rendimiento a plena carga.
Solución:
Prueba en Cortocircuito: 110 V, 70 A, 5,5 kW
Prueba en Vacío: Tensión aplicada al estator: 440 V
Tensión obtenida entre anillos: 225V
Resistencia del Estator: 𝑅1 = 0,15 Ω
Ejercicio 3
Se ha ensayado un motor de inducción trifásico de rotor devanado y se han obtenido los
siguientes resultados:
Este motor tiene los devanados tanto del estator como del rotor conectados en estrella y es
de 4 polos, 50 HP, 460 V y 60 Hz.
Si se desprecian las pérdidas en el hierro y mecánicas. Determinar:
a) La velocidad del motor con la carga asignada.
b) Rendimiento a plena carga.
Solución:
Prueba en Cortocircuito: 110 V, 70 A, 5,5 kW
Prueba en Vacío: Tensión aplicada al estator: 440 V
Tensión obtenida entre anillos: 225V
Resistencia del Estator: 𝑅1 = 0,15 Ω
𝑹𝒄′ =
𝑹 �́�
𝒔𝟏−𝒔 =𝑹𝒄
′𝟏
𝒔−𝟏
Ejercicio 3
Se ha ensayado un motor de inducción trifásico de rotor devanado y se han obtenido los
siguientes resultados:
Este motor tiene los devanados tanto del estator como del rotor conectados en estrella y es
de 4 polos, 50 HP, 460 V y 60 Hz.
Si se desprecian las pérdidas en el hierro y mecánicas. Determinar:
a) La velocidad del motor con la carga asignada.
b) Rendimiento a plena carga.
Solución:
Prueba en Cortocircuito: 110 V, 70 A, 5,5 kW
Prueba en Vacío: Tensión aplicada al estator: 440 V
Tensión obtenida entre anillos: 225V
Resistencia del Estator: 𝑅1 = 0,15 Ω
Ejercicios Propuestos
1) Un motor de inducción trifásico de 60 Hz opera a 715 r/min en vacío y a 670 r/min a
plena carga.a) ¿Cuántos polos tiene el motor?
b) ¿Cuál es el deslizamiento con carga nominal?
c) ¿Cuál es la velocidad con un cuarto de la carga nominal?
d) ¿Cuál es la frecuencia eléctrica del rotor con un cuarto de la carga nominal?
2) Un motor de inducción de 208 V, con cuatro polos, 60 Hz, conectado en Y, con rotor
devanado, tiene una capacidad nominal de 30 hp. Los componentes de su circuito
equivalente son:
Dado un deslizamiento de 0.05, encuentre
a) La corriente de linea IL
b) Las perdidas en el cobre del estator PPCE
c) La potencia en el entrehierro PEH
d) La potencia convertida de forma eléctrica a mecánica Pconv
e) El par inducido tind
f) El par de carga tcarga
g) La efi ciencia h general de la maquina
h) La velocidad del motor en revoluciones por minuto y radianes por segundo
Ejercicios Propuestos
3) Un motor de inducción trifásico, de 60 Hz, de dos polos, trabaja a una velocidad sin carga
de 3 580 r/min, y una velocidad a plena carga de 3 440 r/min. Calcule el deslizamiento y la
frecuencia eléctrica del rotor en condiciones sin carga y a plena carga.
4) La potencia de entrada al circuito del rotor de un motor de inducción de seis polos, 60 Hz,
que trabaja a 1 100 r/min, es de 5 kW. ¿Cuál es la pérdida en el cobre del rotor?
5) La potencia a través del entrehierro de un motor de inducción de 60 Hz, cuatro polos, es
de 25 kW, y la potencia convertida de eléctrica a mecánica en el motor es de 23.2 kW.
a) ¿Cuál es el deslizamiento del motor en este momento?
b) ¿Cuál es el par inducido en este motor?
c) Suponiendo que las perdidas mecánicas son de 300 W con este deslizamiento, .cual es el
par de carga de este motor?
6) A un motor de inducción de 208 V, con seis polos, conectado en Y, 25 hp, clase de diseño B,
se le realizan pruebas en el laboratorio y se obtienen los siguientes resultados:
En vacío: 208 V, 24.0 A, 1400 W, 60 Hz
Rotor bloqueado: 24.6 V, 64.5 A, 2200 W, 15 Hz
Prueba de cd: 13.5 V, 64 A
Encuentre el circuito equivalente del motor y haga una gráfica de la curva de la
característica par-velocidad.