Pre informe: Laboratorio Accionamientos Eléctricos B

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“Pre informe: Laboratorio Accionamientos Eléctricos B”

“Experiencia N°2: Máquina Asincrónica”.

1 Objetivos:

• Estudiar y analizar los ensayos que se realizan a una máquina asincrónica.
• Estudiar el comportamiento del generador asincrónico.
• Comprobar los distintos aspectos de la máquina asincrónica vistos en clases teóricas de Máquinas C.
• Analizar las características y funcionamiento de la máquina asincrónica monofásica.
• Comparar el funcionamiento de la máquina de rotor devanado con la de rotor jaula de ardilla.

2. Planificación del laboratorio :

Para esta experiencia se trabajará en base a la norma IEEE Std  112-2004(máquina trifásica), IEEE Std 114-2012(máquina monofásica) y los conceptos vistos en clases. Además, se agregarán temas a la experiencia según se vio en clases del ramo Máquinas Eléctricas C. La lista de temas con las que se trabajará será la siguiente:

1. Máquina asincrónica trifásica:

1. Pruebas para determinar las pérdidas de la máquina.
2. Circuito equivalente.
3. Factor de potencia.
4. Eficiencia
5. Método de partida
6. Torque v/s ángulo

1. Motor Monofásico:

1.  Pruebas para determinar pérdidas de la máquina.
2.  Circuito equivalente.
3.  Factor de potencia.
4.  Eficiencia.
5. Torque v/s ángulo.

1. Máquina asincrónica trifásica:

Se trabajará tanto con una máquina asincrónica rotor devanado y con rotor jaula de ardilla.

• Pérdidas en la máquina:

La máquina asincrónica trifásica, ya sea rotor jaula de ardilla o rotor devanado, tiene distintos tipos de  pérdidas, entre las que se cuentan:

1. Pérdidas  I^2*R del estator: corresponden a la energía que se pierde por circulación en los devanados del estator. Se calculan en base a la medición de resistencia en frío, que se ajusta luego con un factor de corrección a su valor según la temperatura del devanado. A continuación se muestras dichas ecuaciones:

                                   (1)[pic 4]

                                      (2)[pic 5]

1. Pérdidas  I^2*R del rotor: corresponden a la energía disipada debido al efecto Joule en el devanado del rotor, Estas se calculan en base a un balance de potencias ( ya que no se puede medir la corriente en el rotor jaula ardilla) , a continuación se muestras las ecuaciones para estos cálculos:

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1. Pérdidas por roce y ventilación: Estas se obtienen a partir del ensayo sin carga mecánica de la máquina asincrónica. Con tres puntos o más se hace una curva de V^2 v/s potencia. Cuando se hace una regresión lineal, el punto de tensión cero representa las pérdidas por roce y ventilación. La curva de potencia debe desconectarse las pérdidas del estator y rotor.

1. Pérdidas del núcleo: son las pérdidas en el ensayo sin carga mecánica, descontando las pérdidas por roce y ventilación, ñas pérdidas del estator y rotor.

1. Otras pérdidas: Existen otras pérdidas en la máquina que se deben a diversos factores, pero se contabilizan como 1.8% de la potencia nominal de la máquina.

• Prueba sin carga:

Esta prueba se realiza sin acoplar una carga mecánica en el eje. Se realiza a tensión y frecuencia nominales. Se mide tensión, corriente, frecuencia, potencia de entrada. La tensión de entrada se varía desde 125% hasta un punto donde la reducción de tensión tiene el mayor aumento en la corriente.

• Prueba de carga:

Esta prueba de hace con la máquina con una carga mecánica a 20%, 40%, 60%, 80% y 100%. Se mide: potencia, corriente, voltaje, frecuencia, velocidad, temperatura del devanado estator y temperatura ambiente. Se empieza a mayor carga a menor carga. De aquí se calculará la curva torque v/s velocidad.

• Circuitos equivalentes:

Se buscará conocer mediantes los ensayos de rotor trancado y ensayo de vacío los parámetros de los circuitos de las figuras 1 y 2. En estos ensayos se medirá tensión, corriente, frecuencia y potencia. De aquí se pueden obtener los parámetros de la máquina. El circuito de la figura 2 es para calcular el diagrama circular de la maquina asincrónica.

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                                Figura 1: Circuito equivalente 1 con λ = N1/N2

                                [pic 9]

                                                          Figura 2: Circuito equivalente λ=/[pic 10][pic 11]

Donde   mientras que [pic 12][pic 13]

• Funcionamiento como generador:

            La máquina asincrónica se ensayará tanto como obteniendo los relativos de la red,               como obteniendo los reactivos de un banco de condensadores (auto excitado). Para calcular la capacidad del banco de condensadores, se hará en base a la corriente compleja que consumió durante el ensayo de vacío, ya que la corriente consumida por la máquina en este ensayo es igual a la corriente magnetizante.

            En este ensayo de medirá: tensión de fase, corriente de fase, potencia en el eje,                potencia de salida del generador. Se buscara ver la eficiencia y factor de potencia v/s el deslizamiento, para comprobar la forma con las curvas teóricas.

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• Eficiencia:

La eficiencia depende del punto de operación de la máquina asincrónica, por lo que este se calcula como la potencia que sale o entra, según si son generadores o motores, menos las pérdidas que se tienen en la máquina. Para ello, el cálculo se basará en los parámetros obtenidos en los puntos anteriores de la máquina asincrónica, donde se hará un balance de potencias.

1. Motor monofásico:

• Pérdidas  

La máquina asincrónica monofásica, al igual que la trifásica, tiene pérdidas de distinto tipo. En general, estas pérdidas son:

1.  Pérdidas de joule de rotor y estator.
2.  Roce y ventilación.
3. Pérdidas del núcleo.
4.  Pérdidas de contacto con los carbones (solo para máquinas de rotor bobinado)

El circuito equivalente de la máquina asincrónica se muestra en la figura 3. Hay dos ramas que representan el rotor, debido a que el rotor puede girar en cualquiera de los dos sentidos (ya que el campo  no es giratorio, si no que pulsante, este campo se puede expresar como dos campos giratorios). Luego que la máquina sal del reposo, seguirá al campo que gira en el mismo sentido que él, y el otro tiene torque neto igual a cero, pero aún asi circulan corrientes, las que generan pérdidas, y se expresan como se muestra en el circuito de la figura 3.

1. Pérdidas I^2*R del estator: Corresponden a las pérdidas debido a una corriente que circula en el estator para una determinada carga.

1. Pérdidas por roce y ventilación: Existen varios métodos para determinar las pérdidas por roce y ventilación. Se utilizará el método de saturación sin carga. Este consiste en que el motor se hace funcionar en vacío a la frecuencia y tensión nominal hasta que la potencia de entrada se estabiliza. Se tomará lecturas de corriente, potencia de entrada y voltaje, partiendo con una tensión del 125% y bajándolo hasta que la corriente incremente su valor. Luego de eso, rápidamente (de modo que no cambien bruscamente las temperaturas) se procede a medir potencia y corriente a rotor trancado con una tensión de aproximadamente 50% de la tensión nominal. Inmediatamente después de este ensayo se procede a calcular la resistencia de estator (Rdc). Las pérdidas total resistiva Pl en el motor son las mostradas en la ecuación 5.

 +                                   (5)[pic 15][pic 16]

                 [pic 17]

                                             Figura 3: Circuito equivalente de la máquina asincrónica monofásica.

Donde Is  : corriente de entrada a cualquier tensión.

PL : Potencia de entrada a rotor trancado y 50% de voltaje nominal aplicado.

Il : Corriente de entrada a rotor trancado y 50% de voltaje nominal aplicado.

Rt : Resistencia de estator medida con test de temperatura.

La potencia de entrada medida en el primer ensayo, menos las pérdidas resistivas, se grafica en función de la tensión. El intercepto de esta curva con el eje del voltaje (cuando V=0) son las pérdidas de roce y ventilación.

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