Download TP N° 2: Ensayo de Máquina Asincrónica Polifásicas

UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA
CARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA
CÁTEDRA:
MAQUINAS ELÉCTRICAS II
PROFESOR: ING. POTERAYCHKE ALBERTO A
J.T.P.:
ING..
CURSO/AÑO :
GRUPO Nº:
Integrantes / Responsable
LEGAJO
TRABAJO PRÁCTICO Nº 2
Ensayos de
Máquinas Asincrónica Polifasicas
FECHA DE PRESENTACIÓN
CALIFICACIÓN
1ra Presentación
OBSERVACIONES:
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
1/13
INDICE
1. Alcance
2. Objetivos
3. Referencias
4. Descripción de los Ensayos a Realizar
5. Procedimientos de Cálculos
6. Equipos e Instrumentos Utilizados
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
2/13
1.
ALCANCE
La presente servirá de guía de trabajos prácticos a los alumnos de la carrera de Ingeniería Eléctrica de
la Universidad Tecnológica Nacional F.R.B.A.
2.
OBJETIVO
El Objetivo es lograr que los alumnos reafirmen los conceptos teóricos en el funcionamiento de las
maquinas asincrónicas polifásicas
El alumno verificara si el modelo teórico propuesto se corresponde con el funcionamiento real de la
maquina
3.
REFERENCIAS
El alumno deberá tomar como referencia para el desarrollo del trabajo practico, las clases teóricas y la
bibliografía recomendada por la cátedra.
4.
DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS A REALIZAR EN EL LABORATORIO
4.1
Ensayos Indirectos de una Maquina Asincrónica Rotor en Corto Circuito
Se utilizara para este ensayo una maquina asincrónica trifásica rotor en cortocircuito marca Weg
con los siguientes datos de
 Datos de Placa de característica
Pn= 5.5 KW; Un=380 V ∆; In=11,1 A; f= 50 Hz ; 2p=4; n= 1465 rpm

Datos de Catalogo
Motor Trifásico Cerrado Modelo W21
Forma Constructiva B31
Carcasa de Hierro Gris
Rotor de Jaula de Ardilla aluminio inyectado
Sellos V´Ring en las tapas
Chapa de Identificación en acero inoxidable
Clase de Aislamiento “F” T  80º K
Servicio Continuo S1
Factor de Servicio Fs=1
Temperatura Ambiente 40° C
Placa de Borneras 6 Terminales
Carcasa 132S
P
(KW)
In
(A)
5,5
11,58
Ia
Tn
In
(Nm)
6,5
36,33
Ta

Tn
2,1
Cos
50
75
100
50
75
100
J
(Kgm²)
84,5
85,6
86
0,63
0,77
0,84
0,03489
El objetivo a alcanzar es la valorización de cada uno de los componentes del circuito equivalente
4.1.1
Medición de la Resistencia Estatorica
En cada una de las fases del arrollamiento del estator se medirá la resistencia estatorica
utilizando el doble puente de Thomsom como instrumento de medición; se medirá además la
temperatura del mismo arrollamiento.
Ru
Rv
Rw
( ) ( ) ( )
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
3/13
4.1.2
Ensayos de vacío.

Dibujar el esquema eléctrico de conexión de equipos e instrumentos utilizado en el
ensayo
El ensayo de vacío se realizara sin carga en el eje de la maquina a la tensión y frecuencia
nominal .Se medirá en estas condiciones los siguientes parámetros
Un
(V)
Io
(A)
Ensayo Vació
Nº1
Po
Qo
(W)
(VAr)
n
(rpm)
A los efectos de separar las perdidas en vació medidas anteriormente en perdidas
magnéticas y perdidas mecánicas (fricción y ventilación) se realizaran nuevamente los
ensayos sin carga en el eje pero variando la tensión de alimentación.
De esta forma alimentando al estator con una tensión Trifásica de 50 Hz variable desde el
120 % de la tensión nominal, hasta un valor porcentual mínimo de la tensión nominal, tal que
con decremento de la tensión estatorica provoca un incremento de la corriente de vacío.
De esta forma se obtendrán 9 lecturas simultáneas de: Tensión, Corriente, Potencia Activa,
Potencia Reactiva y Velocidad.
U
(V)
Ensayo Vació
Nº2
Io
Po
(A)
(W)
Qo
(VAr)
n
(rpm)
1,2 Un
Un
0,9 Un
0,8 Un
0,7 Un
0,6 Un
0,5 Un
0,4 Un
Uminimo
Se tomaran las precauciones necesarias para reducir la corriente de arranque y de esta forma
no afectar el instrumental de medición.
Las lecturas se realizaran después de haber funcionado por espacio de 5 a 10 minutos para
que se establezca la temperatura de los cojinetes.
4.1.3
Ensayo a rotor bloqueado.

Dibujar el esquema eléctrico de conexión de equipos e instrumentos utilizado en el
ensayo
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
4/13
El ensayo es semejante al ensayo en cortocircuito del transformador, este se realizara
bloqueando el rotor de la maquina a ensayar y aplicando al estator una tensión trifásica
reducida a la frecuencia nominal.

El rotor se bloqueara con un brazo de palanca de longitud conocida L=1 metro, apoyando un
extremo de la misma sobre un platillo de una balanza comercial a resortes, que posee un
índice graduado en gramos. Con esta palanca y balanza se medirá la cupla frenante en
Gramo Metro
En las condiciones indicadas se ajustara una tensión trifásica reducida de frecuencia Nominal
de una magnitud que permita ajustar la corriente nominal de placa.
Se medirá en estas condiciones los siguientes parámetros
Ensayo Bloqueo a 50 Hz
Nº4
Ub
f
(V)
(Hz)
Ib  In
Pb
Qb
(A)
(W)
(VAr)
Tb
(gm)
En las condiciones indicadas se ajustara una tensión trifásica reducida a una frecuencia de 40
Hz de una magnitud que permita ajustar la corriente nominal de placa.
Se medirá en estas condiciones los siguientes parámetros
Ensayo Bloqueo a 40 Hz
Nº5
Ub
f
Ib  In
Pb
Qb
(V)
(Hz)
(A)
(W)
(VAr)
Tb
(gm)
En las condiciones indicadas se ajustara una tensión trifásica reducida a una frecuencia de 30
Hz de una magnitud que permita ajustar la corriente nominal de placa.
Se medirá en estas condiciones los siguientes parámetros
Ensayo Bloqueo a 30 Hz
Nº6
Ub
f
(V)
(Hz)
Ib  In
Pb
Qb
(A)
(W)
(VAr)
Tb
(gm)
En las condiciones indicadas se ajustara una tensión trifásica reducida a una frecuencia de 15
Hz de una magnitud que permita ajustar la corriente nominal de placa.
Se medirá en estas condiciones los siguientes parámetros
Ensayo Bloqueo a 15 Hz
Nº7
Ub
f
(V)
(Hz)
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
Ib  In
Pb
Qb
(A)
(W)
(VAr)
Tb
(gm)
5/13
En las Condiciones Indicadas se realizara el ensayo de bloqueo a la tensión nominal y Frecuencia
nominal tomado las precauciones de medir rápidamente en un tiempo menor a 10 segundos
Ensayo Bloqueo a 50 Hz y a la Tensión Nominal
Nº8

Ub  Un
f
Ib
Pb
Qb
Tb  Ta
(V)
(Hz)
(A)
(W)
(VAr)
(gm)
A los efectos de verificar la invariancia de las resistencias y reactancias de dispersión
estatóricas y rotóricas (validez con las corrientes de bloqueo no superiores a la corriente
nominal) se realizara los siguientes ensayos
Con el rotor bloqueado y con tensión reducida, a la frecuencia nominal se medirá en forma
simultanea y para cada caso, la tensión, la corriente, la potencia, la cupla para el 25, 50, 75,
100 y 125 % de la In.
Ensayo Bloqueo a 50 Hz
Nº9
Ub
Ib
Pb
Qb
(V)
(A)
(W)
(VAr)
Tb
(gm)
0.25 * I n
0.50 * I n
0.75 * I n
1.00 * I n
1.25 * I n
Se tomara la precaución, previo al ensayo, verificar la dirección de la cupla motora, esta cupla
estará aplicada correctamente sobre el platillo de la balanza.
Según la posición relativa de bloqueo entre las ranuras del rotor y el estator se observa que
cambia las indicaciones del amperímetro, al girar el rotor un paso de ranura cambia la
indicación de los amperímetros
Se ajustara el bloqueo en una posición tal que el valor de la corriente sea la media entre los
valores máximos y mínimos.
4.2 Ensayo Directo de una Maquina Asincrónica Rotor en Corto Circuito

Dibujar el esquema eléctrico de conexión de equipos e instrumentos utilizado en el ensayo
Se utilizara para este ensayo una maquina asincrónica trifásica rotor en cortocircuito de
características gemelas a la utilizada en el punto 4.1

El Objetivo a alcanzar será verificar si la maquina asincrónica en funcionamiento estable
verifica el marcado de su chapa características
Los valores medidos a verificar se los comparará con los valores indicados en la chapa
característica como ser:
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
6/13
Resbalamiento (s),
Potencia de Entrada (P1),
Corriente Estatorica (I1),
Factor de Potencia (COS )
Calentamiento
Para lograr esto se realizara el ensayo a la tensión y frecuencia nominal colocando en su eje una
carga que represente la Corriente nominal de la misma a ensayar
Ensayo Directo
Nº10
Un
I1  I n
P1
Q1
U AH
Ia
If
(V)
(A)
(W)
(VAr)
(V)
(A)
(A)
n
(rpm)
En nuestro laboratorio se utilizara como carga mecánica un generador de corriente continua
contrastado en perdidas, este será acoplado mecánicamente a la maquina a ensayar
denominada “Maquina auxiliar calibrada”.
La función de este generador, es transformar la energía mecánica disponible en su eje en
energía eléctrica consumida por un resistor conectado a los bornes de la armadura.
Esta energía eléctrica, así transformada, mas la energía de perdidas representa la carga y será
la que frena al motor de ensayo.

A los efectos de verificar la variación de la velocidad del rotor con la carga (Desde Cero Hasta
cupla Nominal) se realizara el siguiente ensayo.
Las Condiciones de ensayo son similares a la descripta anteriormente
De esta forma, se alimentara el arrollamiento del estator con una tensión trifásica y frecuencia de
valor nominal y frenando al motor con una cupla variable. Esto se lograra ajustando la resistencia
conectada a la armadura de la “Maquina auxiliar calibrada”.
Se medirá en forma simultanea y para cada caso, la tensión, la corriente, la potencia, la
velocidad para el motor y para el generador la tensión y corriente de armadura y la corriente de
excitación para el 25, 50, 75, 100 y 125 % de la potencia nominal.
Ensayo Directo
Nº11
Un
I1
P1
Q1
U AH
Ia
If
(V)
(A)
(W)
(VAr)
(V)
(A)
(A)
n
(rpm)
0.25 * I a
0.50 * I a
0.75 * I a
1.00 I a
1.25 * I a
Para el arranque de la maquina asincrónica, se utilizara un arrancador estrella triángulo con tres
contactores y conmutación manual
Durante la conmutación se medirá la corriente, tensiones y tiempo de arranque con el motor en
vacío y en carga nominal.
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
7/13
4.3
Ensayos de una Maquina Asincrónica Rotor Bobinado
Funcionando Como Freno - Motor - Generador
Este ensayo se realizara en una maquina asincrónica rotor bobinado, con los siguientes datos
Marca Siemens con los siguientes datos de placa de característica
Pn= 4 KW; Un=380 V Estrella; In= A; f= 50 Hz ; 2p=4; n= 1465 rpm
Estos ensayos no lo consideramos como ensayos normativos, los ensayos normativos sirven
para realizar la recepción de una maquina asincrónica.
Este ensayo entonces lo realizamos exclusivamente para lograr en el alumno una mejor
compresión de las maquinas asincrónicas, funcionando como Freno- Motor y Generador.
Es esencial para lograr el funcionamiento antes indicados de la maquina asincrónica contar con
el siguiente equipamiento.
a) Una maquina asincrónica de rotor bobinado y
b) Una maquina de corriente continua acoplado mecánicamente a la maquina asincrónica
Esta ultima posee un diseño tal que nos permite medir en forma directa la cupla que se ejerce
sobre el eje de la maquina acoplada, a esta maquina la denominaremos Balanza
Electrodinámica
La balanza electrodinámica posee un estator libre de giro y un brazo de palanca de longitud
conocida acoplado a una balanza dinamométrica, de esta forma la cupla ejercida en el eje de la
maquina es transmitida a los resortes y al sistema de lectura de fuerzas que nos permite medir
en forma directa la cupla
c) Un banco de resistencias trifásicas conectado al rotor bobinado

Ensayo Funcionando Como Freno
Con el arrollamiento del estator conectado a la red trifásica 3x380 V 50 Hz y el rotor a circuito
abierto se lo hace girar impulsado por la balanza electrodinámica a la velocidad sincrónica, pero
en sentido contrario al del campo del estator.
Luego se ajustara la resistencia rotorica hasta obtener las corrientes nominales en el rotor y en el
estator, en estas condiciones es esperable medir en la balanza electrodinámica la cupla nominal
Se medirán en forma simultánea los siguientes parámetros
Funcionando en Freno
Nº12
n
(rpm)
U1
I1
P1
Q1
U2
I2
f
(V)
(A)
(W)
(VAr)
(V)
(A)
(Hz)
2
T
n
(Kgm)
(rpm)
-1500
-750
0

Ensayo Funcionando Como Motor
Con el arrollamiento del estator conectado a la red trifásica y el rotor cortocircuitado, se lo carga
con la balanza electrodinámica que es usada como generador.
Este ensayo se corresponde con el ensayo directo indicado en el punto 4.2 con la diferencia que
acá utilizamos una balanza electrodinámica en lugar de una maquina auxiliar contrastada.
Se medirá en forma simultánea y para cada caso, la tensión, la corriente, la potencia, la
velocidad para el motor para el 25, 50, 75, y 100% de la Cupla Nominal.
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
8/13
Funcionando en Motor
Nº13
U1
I1
P1
Q1
I2
T
n
(V)
(A)
(W)
(VAr)
(A)
(Kgm)
(rpm)
0.25 * Tn
0.50 * Tn
0.75 * Tn
1.00 * Tn

Ensayo Funcionando Como Generador
Con el arrollamiento del estator conectado a la red trifásica y el rotor cortocircuitado, se lo
impulsa al rotor con el motor de la balanza electrodinámica, hasta una velocidad levemente
superior que la sincrónica.
Se medirá en forma simultánea y para cada caso, con los signos que correspondientes la
tensión, la corriente, la potencia, la velocidad para el motor para el 25, 50, 75, y 100% de la
Cupla Nominal.
Funcionando en Generador
Nº14
U1
(V)
I1
(A)
P1
(W)
Q1
(VAr)
I2
T
n
(A)
(Kgm)
(rpm)
0.25 * Tn
0.50 * Tn
0.75 * Tn
1.00 * Tn
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
9/13
5.
PROCEDIMIENTO DE CALCULOS:
6.1 Determinación de los Parámetros Característicos
Con los valores medidos en el ensayo de vació (ítem 4.1.2) realizar lo siguiente:
1. Calcular las Corrientes Magnetizantes y graficar I m  f (U o )
Im
utilizando los valores medidos en el
E1
Ensayo Vació Nº 1 y la reactancia de dispersión X 1 determinada en el punto 12
E1  U 0  I1 * X 1
2. Calcular la Suceptancia a la Tensión nominal
3. Calcular las Perdidas rotacionales
B
Prot  P0  Pcu1 y graficar Prot  f (U 02 ) utilizando los
valores medidos en el Ensayo Vació Nº 2 y la resistencia del estator R1 medida en el ensayo
punto 4.1.1
4. Separar las perdidas por fricción y ventilación P fv de las perdidas en el hierro PHF y
valorizar las mismas a la velocidad y tensión nominal utilizando los graficos del punto nº 3
PHF
 f (U 0 )
3xE1
Ip
6. Calcular la Conductancia a la Tensión nominal G 
E1
5. Calcular la Corriente de Perdida y graficar
Ip 
7. Dibujar el circuito equivalente en vació con los datos obtenidos en los puntos Nº 2 y 6
Con los valores medidos del ensayo de bloqueo en el ítem 4.1.3 realizar lo siguiente
8. Calcular la resistencia equivalente Re según datos de ensayos Nº 4-Nº 5-Nº 6 y Nº 7
9. Calcular R2  Re  R1 y graficar
'
R2'  f ( Frecuencia ) según el punto 8
10. Extrapolar al Origen el grafico del punto 9 para f  0 y determinar R2 ,
Este parámetro será utilizado en el circuito equivalente
11. Calcular la reactancia equivalente X e según datos de ensayos Nº 4-Nº 5-Nº 6 y Nº 7
'
Xe
'
y graficar X 2  f ( Frecuencia ) según el punto 11
2
'
13. Extrapolar al Origen el grafico del punto 12 para f  0 y determinar X 2 ,
12. Calcular
X 1  X 2' 
Este parámetro será utilizado en el circuito equivalente
14. Dibujar el circuito equivalente en bloqueo con los datos obtenidos en los puntos Nº 10 y 13
15. Graficar los valores medidos de bloqueo a 50 Hz en el ensayo Nº 9 de:
Potencia, Cupla y Tensión en función de la corriente de Bloqueo
U b  f ( I b)
Pb  f ( I b )
Tb  f ( I b )
Desde..I b  0.25I n ..Hasta..I b  I n
16. Calcular la reactancia y resistencia equivalente y graficarla X e  f ( I b ) ) Re  f ( I b ) )
Desde..I b  0.25I n ..Hasta..I b  I n
Justificar sus variaciones
17. Dibujar el circuito equivalente exacto, con los valores obtenidos
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
10/13
6.2 Cálculos para el Funcionamiento Estable Utilización del Circuito
Equivalente de Thevenin
18. Partiendo del Circuito Exacto parametrizado del punto 17 Calcular la tensión de Thevenin la
resistencia y la reactancia de Thevenin
19. Dibujar el circuito equivalente de Thevenin
20. Partiendo del Circuito equivalente de Thevenin se determinara a la tensión y frecuencia
nominal y un resbalamiento S igual al medido en el ensayo directo Nº10 calcular lo siguiente:
Corriente Rotorica nominal
Corriente Estatorica nominal
Factor de Potencia nominal
Cupla Nominal
Cupla de arranque
Comparar Estos con los Valores Medidos en el Ensayo Directo Nº 10
21. Utilizando el Matlab Plotear utilizando el circuito equivalente de Thevenin la característica
Mecánica T  f (S ) funcionando como motor a la tensión y frecuencia nominal enmarcando
sobre el mismo los puntos característicos
6.3 Cálculos Utilizando los Datos del Ensayo Directo de una Maquina
Asincrónica Rotor en Corto Circuito
22. Dibujar el circuito eléctrico utilizado en el arranque de la maquina asincrónica
23. Comparar el arranque a tensión reducida con un arranque a tensión nominal con y sin carga
acoplada al eje del motor asincrónico, en lo siguientes
Corrientes, Cuplas, Tiempo de Aceleración
24. Calcular la potencia en el eje de la maquina asincrónica utilizando los valores medidos en el
Ensayo directo Nº 10 y las perdidas de la “Maquina auxiliar calibrada”
25. Verificar el cumplimiento o apartamiento de los datos indicados en la placa de característica
del motor asincrónico con los datos medidos en el ensayo º 10 y calculados en el punto 24
26. Utilizando los valores medidos en el Ensayo directo Nº 11 y las perdidas de la “Maquina
auxiliar calibrada Calcular lo siguiente:
La potencia en el eje, la cupla, La potencia Reactiva, el Factor de potencia, el Rendimiento
27. Graficar los valores Calculados en el punto 26 en función del resbalamiento
6.4 Cálculos Utilizando los Datos Ensayos de una Maquina Asincrónica
Rotor Bobinado Funcionando Como Freno - Motor – Generador
28. Con los datos obtenidos en los ensayos Nº 12/13/14 funcionando como freno motor y
generador realizar un balance de potencias activas y sus signos.
29. Con los datos obtenidos en los ensayos Nº 12/13/14, graficar en un mismo grafico
coordenado lo siguiente: la cupla en función del resbalamiento.
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
11/13
6.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS
6.1 Ensayos Indirectos según punto 4.1
 Placa de Característica de la Maquina a Ensayar
Marca
Modelo
Nº
Serie
Pot.
(KW)
Vel.
(rpm)
Frec.
(Hz)
Nº
de Polos
Tensión
(V)
 Y / 
Ie
Clase de
Aislacion
(A)
 Y / 
 Equipos e Instrumentos Utilizados
Tipo
Instrumento
Alcances
Utilizados
Clase
Marca
Nº Serie
6.2 Ensayos Directos según punto 4.2
 Placa de Característica de la Maquina a Ensayar
Marca
Modelo
Nº
Serie
Pot.
(KW)
Vel.
(rpm)
Frec.
(Hz)
Nº
de Polos
Tensión
(V)
 Y / 
Ie
Clase de
Aislacion
(A)
 Y / 
 Placa característica de la Maquina Auxiliar Contrastada de CC
Marca
Modelo
Nº
Serie
Pot.
(KW)
Tensión de
Armadura
(V)
Corriente de
Armadura
(A)
Tensión de
Campo
(V)
Corriente
de Campo
(A)
ASEA
Resistencia de Armadura
Ra  1,6
Perdidas en el Cobre de la Armadura Pcu  I Ra
2
Perdidas Rotacionales ver Grafico adjunto (Archivo Excel “MCC_ASEA_Contrastada”
 Equipos e Instrumentos Utilizados
Tipo
Instrumento
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
Alcances
Utilizados
Clase
Marca
Nº Serie
12/13
6.3 Ensayos Freno-Motor- Generador según punto 4.3
 Placa de Característica de la Maquina a Ensayar
Marca
Modelo
Nº
Serie
Pot.
(KW)
Vel.
(rpm)
Frec.
(Hz)
Nº
Polos
Ie
Tensión
(V)
(A)
 Y / 
 Y / 
Tensión
Rotor
(V)
Corriente
Rotor
(V)
 Placa característica de la Balanza Electrodinámica
Marca
Modelo
Nº
Serie
Pot.
(KW)
Tensión de
Armadura
(V)
Corriente de
Armadura
(A)
Tensión de
Campo
(V)
Corriente
de Campo
(A
Cupla
Maxima
(Kgm)
AEG
 Equipos e Instrumentos Utilizados
Tipo
Instrumento
Alcances
Utilizados
Clase
Marca
Nº Serie
.
Maquinas Eléctricas II
TP2 Guía de Laboratorio 2011
13/13