accionamientos eléctricos ii

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Accionamientos Eléctricos II Verena Mercado Polo Ing. Electricista , Especialista y M.Sc Clase 3. Pruebas y Parámetros del Motor

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Page 1: Accionamientos Eléctricos II

Accionamientos Eléctricos II

Verena Mercado Polo

Ing. Electricista , Especialista y M.Sc

Clase 3. Pruebas y Parámetros del

Motor

Page 2: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 3: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 4: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 5: Accionamientos Eléctricos II

Ejercicio 1

¿Cuál es la corriente de arranque de un motor de inducción trifásico de 20

hp, 208V, letra código G?

Page 6: Accionamientos Eléctricos II

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.

Page 7: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 8: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 9: Accionamientos Eléctricos II

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.

Page 10: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 11: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 12: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 13: Accionamientos Eléctricos II

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.

Page 14: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 15: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 16: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 17: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 18: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 19: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 20: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 21: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 22: Accionamientos Eléctricos II

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

Page 23: Accionamientos Eléctricos II

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.