Guia de Lab Maquinas Electricas

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EXPERIMENTO N 01

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Mecnica

Laboratorio de Electricidad y Electrnica de Potencia

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ML 202

UNIVERSIDAD NACIONAL

DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA DE POTENCIA

GUA DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS (ML 202)

Elaborado por:

Ing. Edgard Guadalupe Goas

INDICE

Pagina

L1:El Reactor con Ncleo de Hierro

3L2:El Transformador Monofsico.

8

L3:Motor Asncrono Trifsico Rotor Jaula de Ardilla.

12

L4:Motor de Corriente Continua.

23

Anexo

33

Ensayos Normalizados en Mquinas Elctricas

1. OBJETIVOS:

Obtener la curva de magnetizacin del material ferromagntico de un reactor. Observar en el osciloscopio el lazo de histresis dinmico y la onda de la corriente de excitacin. Realizar la separacin de prdidas del ncleo.

2. EQUIPO A UTILIZAR:

1Interruptor termo magntico bipolar 2x20A, 10 kA.

1Autotransformador variable con capacidad de 6 A.

1Transformador monofsico 220/127 V, 1 kVA.1Resistencia de 60 K.

1Restato de 4.5 .

1Condensador de 20 uF

1Ampermetro de 4 A.1Voltmetro de 600 V.1Vatmetro de 1,200 W

1Osciloscopio.

2Sondas pasivas.1Multmetro.3. PROCEDIMIENTO:

El transformador ser utilizado como reactor; por lo que solo se utilizara el devanado de 127 V.

3.1 OBTENCION DE LA CARACTERISTICA: B-H

Realizar el circuito siguiente:

Regular la tensin de salida del autotransformador al valor cero.

Comprobar la correccin de las conexiones.

Cerrar el interruptor que energiza al circuito. Regulando la tensin de alimentacin, comprobar el adecuado funcionamiento de todos los instrumentos, verificando que el rango de trabajo de cada uno de ellos sea el conveniente. Elevar la tensin de la fuente, hasta un 30% sobre la tensin nominal del devanado del reactor.

Reducir la tensin de salida del autotransformador a cero. Nuevamente, elevar progresivamente la tensin de salida del autotransformador, registrando los valores de tensin y corriente. Hacer mediciones hasta un 130% de la tensin nominal.

Tomar los datos de placa y de diseo del reactor que crea conveniente.

3.2 OBSERVACION DEL LAZO DE HISTERESIS Y DE LA FORMA DE ONDA DE LA CORRIENTE DE EXCITACIN DEL REACTOR3.2.1 LAZO DE HISTERESIS:

Realizar el circuito siguiente:

Una sonda tomar la tensin en condensador de 20F; y la otra sonda tomara la tensin en la resistencia de 4.5 Ohm. Las dos sondas deben conectarse de manera que los conductores de tierra de las dos sondas formen un nodo comn, esto es, conectar los conductores de tierra al nodo que une la resistencia de 4.5 Ohm con el condensador de 20 F.

Variar la tensin de salida del autotransformador al 22, 55, 110 y 143% de la tensin nominal del reactor, y observar en el osciloscopio la variacin que se produce en la forma del lazo de histresis.

Hacer un bosquejo aproximado del lazo de histresis para cada caso.

3.2.2 CORRIENTE DEL REACTOR:

En el circuito del esquema anterior, retirar la sonda que est conectada al condensador.

Repetir los procesos anteriores, observando y registrando en cada caso la forma de onda de la tensin que se produce en la resistencia.3.3 SEPARACION DE PRDIDASRealizar el circuito mostrado en la figura 1.3, utilizando como fuente de alimentacin un generador sincrnico de tensin y frecuencia fcilmente controlables.Suministrar la tensin y tomar las lecturas indicadas por los instrumentos para cuatro situaciones regulando la tensin y la frecuencia de alimentacin de tal manera que para las condiciones 1, 2, 3 y 4 se verifique:

Las cuales, al resolverse como ecuaciones simultneas, proporcionan los siguientes resultados (donde a = f2/f1)

4. CUESTIONARIO

4.1 La relacin de los valores tomados en las experiencias efectuadas

4.2 Trazar las caractersticas B vs H y vs H; y asimismo graficar W vs V, explicar sus tendencias y el significado que tiene cada una de ellas.

4.3 Graficar la perdidas especificas en el fierro en (W /kg) a 60Hz, como una funcin de la induccin mxima expresada en Tesla. Explicar la tendencia.

4.4 Qu es el circuito equivalente de una maquina elctrica?

4.5 Elaborar el circuito equivalente del reactor para su tensin nominal.

4.6 Explicar el principio de funcionamiento del circuito para la observacin del lazo de histresis.

4.7 Qu funcin desempea el condensador de 20 F y la resistencia de 60k?

4.8 Graficar con la frecuencia como abscisa los puntos P/f en donde P es la perdida total en vaco, a partir de este grfico determinar las perdidas totales por corrientes parasitas y por histresis en el hierro del ncleo para a tensin nominal y 60Hz.

4.9 Observaciones.

4.10 Recomendaciones.

4.11 Conclusiones.EL TRANSFORMADOR REAL

CIRCUITO EQUIVALENTE

1. OBJETIVO

Determinacin de los parmetros del circuito equivalente de un transformador monofsico a frecuencia y tensin nominales.

Determinacin de las caractersticas de regulacin.

2. EQUIPOS A UTILIZAR

1 Transformador monofsico de 1kVA, 220/110V

1 Auto transformador variable de 1.3 kVA, 220V, 0-10 A

1 Voltmetro A.C.1 Multmetro

1 Vatmetro monofsico.1 Ohmmetro.1 Frecuencmetro.2 Ampermetros A.C. 0-10A.1 Termmetro 0 100C o instrumento equivalente

1 Resistencia Variable 0-10A, 220V

3. PROCEDIMIENTO

3.1 OBTENCION DE RESISTENCIAS EN D.C.

Medir las resistencias de cada enrollamiento y anotar la temperatura ambiente. Corregir los valores a la temperatura normalizada de referencia (75C).

3.2 ENSAYO EN VACIO

Utilizar el circuito de la figura 2.1

Ajustando el auto transformador, variar la tensin hasta que el voltmetro indique el valor nominal (110) voltios.

Mediante el mismo proceso, reducir la tensin desde 120% de la tensin nominal hasta cero voltios y registrar las lecturas de corriente, tensin y potencia.

3.3 ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:

Utilizar el esquema circuital de la figura 2.2

A partir de cero voltios aumentar gradualmente la tensin hasta lograr la corriente nominal en el lado de 220 V.

Registrar las lecturas de tensin, corrientes y las prdidas en carga dada por el vatmetro.

Cambiar la corriente primaria en etapas desde 120% hasta 10% de la corriente nominal y registrar las lecturas de los instrumentos.

3.4 ENSAYO CON CARGA:3.4.1. Con el circuito anterior desenergizado, conectar a la salida la resistencia de carga. Excitar el transformador a tensin y frecuencias nominales.

3.4.2. Ajustar el valor de la resistencia de carga para obtener magnitudes de 25, 50, 75 y 100% de la intensidad nominal secundaria, registrando la intensidad nominal secundaria y las lecturas de los dems instrumentos.

3.4.3. Desconectar la carga y medir la tensin del primario para los valores anotados en las diferentes condiciones de cargas fijadas anteriormente.

4. CUESTIONARIO:

4.1 La relacin de los valores tomados en las experiencias efectuadas.

4.2 Del ensayo de vaco trazar las curvas de factor de potencia Cos o (%), potencia consumida Po (W) y corriente en vaco Io (A) como funciones de la tensin de alimentacin, asimismo graficar la curva relacin de transformacin.

4.3 Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida Pcc (W), la tensin de impedancia Vcc (V) y el factor de potencia de cortocircuito Cos cc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito Icc (A).

4.4 Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente exacto del transformador para condiciones nominales.

4.5 Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del transformador, es decir, Va vs Ia.

4.6 Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva Va vs Ia, y compararlo con el grfico encontrado en 4.5 Explicar las diferencias.

4.7 Para las diversas cargas determinar la cada de tensin interna en % segn la expresin:

4.8

Calcular la regulacin de tensin para carga nominal con Cos = 0.8 capacitivo.

Asimismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:

4.9

Comparar las prdidas en el cobre (I1N)2 RT(W) con las prdidas de carga PL (75C) dada por la expresin:

Dnde:

I1N: Corriente nominal en el primario

Rt: resistencia equivalente en el arrollamiento primario a tC = R1t +a2 R2t4.10 Observaciones.

4.11Recomendaciones.

4.12Conclusiones.

I.- INTRODUCCION

Las mquinas asncronas se utilizan en aplicaciones de hasta el rango de los MW, su construccin sencilla con rotor tipo jaula de ardilla las convierte en motores de uso mas frecuente. Estos motores asncronos trifsicos industriales pueden ser:

Motores trifsicos con rotor jaula de ardilla(una jaula, doble jaula, jaula tratada y ranura profunda).

Motores trifsicos con polos conmutables con bobinado Dahlander.

Motores trifsicos con polos conmutables con dos bobinado separados.

II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO

Los objetivos del presente laboratorio son:

Hacer conocer la constitucin electromecnica de los motores asncronos.

Familiarizarse con la simbologa y conexionado de las mquinas elctricas de nuestro laboratorio en los ensayos segn las normas IEC y NEMA.

Conexin y puesta en servicio del motor.

Inversin del sentido de giro (utilizando un conmutador manual)

A partir de los ensayos realizados obtener el circuito monofsico equivalente.

Registro de los valores caractersticos y curvas caractersticas (FP, EF, Torque ) de funcionamiento especficas de las mquinas asncronas.

Evaluacin de las mediciones realizadas y registradas.

Presentacin del protocolo de pruebas segn normas establecidas.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

1. El alumno verificar el dimensionamiento de la instrumentacin a utilizarse, as mismo constatar que sus esquemas estn bien planteados.

2. Para evitar el deterioro y/o avera de los instrumentos y equipos, el alumno no debe accionarlos por ningn motivo, sin la aprobacin del profesor.

3. Para evitar el deterioro de los ampermetros, en el momento del arranque se debe poner el ampermetro de lnea en corto circuito (utilizando un puente) y siempre el arranque debe hacerse en estrella-tringulo a plena tensin.

4. Luego de unos 5 segundos hacer el cambio a tringulo y seguidamente retirar el puente del ampermetro. Si es posible hacer el arranque a tensin reducida estando el motor en la posicin tringulo.

5. La escala de todos los instrumentos debe ser la mxima.

6. Al operar el freno, comenzar con una carga mnima y aumentarlo en forma gradual hasta llegar al mximo permisible.

IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR

BANCO ACTIVO DE PRUEBAS

MOTOR AISNCRONO TRIFASICO

N de pedido SO3636 6UN

Tensin Nominal 230 VoltiosTensin 400 / 690 Voltios

Corriente Nominal 3 Amperios.Corriente 1.73 / 0.81 Amp.

Corriente Arranque 9 AmperiosConexin D / Y

Torque Mximo 10 N mFrecuencia 60 Hz.

Potencia Aparente 800 VAPotencia 0.37 KW

Rgimen de servicio S1Rgimen de servicio S1

RPM max. 4000RPM 2800

Grado de proteccin IP20Grado de proteccin IP54

AMPLIFICADOR INTERGRADOIKL B

Tensin de pico 600 VoltiosNorma VDE 0530

Tensin RMS 400 VoltiosTermostato 120 C

Corriente pico 10 AmperiosFactor de potencia 0.84

Corriente RMS 7 AmperiosMOTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

ITEMDESCRIPCION GENERAL DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOSCANT.

1Manguito de acoplamiento01

2Cubierta de acoplamiento01

3Interruptor de 04 polos01

4Conmutador D Y01

5Fuente de corriente alterna regulable ADECUADA01

6Multmetro analgico/digital, FP, KW, KVARS.02

7Multmetro digital FLUKE01

8Unidad condensadora01

9Conectores de seguridad04

10Juego de cables de 4 mm25

V.- ENSAYOS NORMALIZADOS

1.- CONEXIN DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO JAULA DE ARDILLA NORMALIZADO (IEC 34 - 8).2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1)

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1)

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR ASINCRONO

Este es el modelo monofsico prctico que presenta en un motor asncrono trifsico conformado por las impedancias siguientes: Estatrica, retrica, ncleo y carga.

4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifsico en vaco la tensin de alimentacin se regula hasta que el voltmetro indique la tensin nominal del motor ha ser probado (ver placa). Los instrumentos de medida que se utilicen durante la prctica, ya estn incluidos dentro del pupitre de prcticas.

Las condiciones son las siguientes:

La velocidad debe ser constante.

El eje del motor debe estar completamente libre.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Con la finalidad de verificar las curvas de vaco sobreponerlos con las B vs H.

Bmax = ( VLL x 10-8 ) / 4.44 x f x A x N (Gauss)

H = ( N x (3 If ) / Lm (Amper-Vuelta/metro)

Dnde:

Lm = Longitud media al paquete magntico en m.

N = Nmero de vueltas del bobinado estatrico por fase.

A = Area transversal del paquete magntico estatrico = L x C

L = Longitud del paquete magntico en m.

C = Altura de la corona en m.

f = Frecuencia del sistema Hz.

VLL = Tensin de lnea en Voltios.

ZO = VO / IO

RO = PO / IO2 = R1 + RM

XO = { ZO2 - RO2 }1/2 = X1 + XM

5.- PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 )

Las condiciones son las siguientes:

La corriente de lnea debe ser la nominal del motor.

El eje del motor debe estar trabado.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Para el ensayo de rotor bloqueado se utilizar exactamente el mismo esquema de conexiones que para el caso del ensayo de vaco. La nica diferencia estribar en que en este caso se alimentar el motor con una tensin mucho ms reducida que la nominal. A partir de 0 voltios se ir aumentando la tensin hasta que el motor alcance la corriente nominal, todo ello manteniendo el rotor bloqueado. SE DEBER PONER ESPECIAL ATENCIN EN NO SUPERAR LA CORRIENTE NOMINAL DEL MOTOR PARA EVITAR QUE LOS DEVANADOS SUFRAN DAOS. Como resultado del ensayo se registrarn la tensin, la corriente y la potencia en este ensayo.

ZCC = VCC / ICC

RCC = PCC / ICC2 = R1 + R2'

XCC = { ZCC2 - RCC2 }1/2 = X1 + X2'

Tipo de motorClase

NEMA AClase

NEMA BClase

NEMA CClase

NEMA DRotor

Bobinado

X10.5 Xcc0.4 Xcc0.3 Xcc0.5 Xcc0.5 Xcc

X2'0.5 Xcc0.6 Xcc0.7 Xcc0.5 Xcc0.5 Xcc

6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendr que conectar el freno LN.

Seguir las indicaciones del profesor.

En forma muy atenta y delicada manipular el regulador de velocidad del freno dinmico hasta que la corriente circulante consumida por el motor es la corriente nominal.

Despus del registro de las cargas aplicadas en el motor tomar el registro de la velocidad y torque. Aplicando la siguiente expresin se lograr calcular la potencia til.

P til = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P til / P ingreso

PRUEBA CON CARGA ( PRUEBA AL FRENO )

FRENOMOTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

RPMN - mVRS

VOLTIR

AMPPTOTAL

VATIOSQ TOTAL

VATIOSS

V - A EFICIEN

%VELOC

RPMF.P

COS

7.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mnimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centgrados durante las dos horas siguientes.

8.- COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 2 Y VDE 560

ITEM 4.

9.- APLICACIONES INDUSTRIALES

Su construccin robusta e IPW adecuado hace que estos motores sean utilizados en ambientes agresivos tales como: las embarcaciones navieras, la industria textil, industrias qumicas, etc. Teniendo en cuenta la categorizacin, ser muy importante y necesario hacer una buena seleccin del motor para lo cual el torque de la carga

es la informacin base.

Las cargas mas importantes son nominados a continuacin :

Compresores de aire.

Electroventiladores centrfugos y axiales pequeos, medianos y grandes.

Mquinas que requieren de un arranque moderado.

Procesos que utilicen velocidad constante.

Electrobombas centrifugas.

Fajas transportadoras.

Cargas que cuenten con un torque bajo, medio y elevado.

10.- CUESTIONARIO

1. Enumere y defina las caractersticas nominales de las mquinas rotativas de induccin jaula de ardilla. Presente las caractersticas de placa del motor utilizados en su experiencia.

2. Cmo se invierte el sentido de giro de ste motor asncrono y cuantas posibili-dades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. ha realizado.

3. Realice todos los clculos necesarios que le conduzca a construir el diagrama equivalente monofsico valorado, referido al estator con sus valores registrados y calculados en los ensayos de vuestros laboratorios.

4. Grafique las curvas de vaco y corto circuito realizadas en el laboratorio.

5. Grafique la PNUCLEO vs I1,T, EF y FP vs velocidad.

6. Determinar las prdidas rotacionales en los motores probados.

7. Graficar las curvas Elabore un formato del protocolo de pruebas que Ud. realizara en las mquinas elctricas tipo jaula de ardilla industrailes.

8. Conclusiones y recomendaciones (muy importante).

11.- BIBLIOGRAFIA

1. Veinott Cyril Theory and Desinn of small induction motors.Mac Graw-Hill. Bok Company INC 1959

2. George J.Thaler - Milton L. Wilcox. Mquinas elctricas - Estado dinmico y permanente. John Wiley & Sons Inc. 1966.

3. A.E.Fitzgerald - Charles Kingsley. Teora y anlisis de las mquinas elctricas.Mac Graw-Hill .Bok Company Inc 1992.

4. Che Mun Ong Dinamic Simulation Machinary Prentice Hall Inc 1998.

5. George Patrick Shult Transformer and motors - A Division of Prentice Hall Computer 11711 North - College,Carmel,Indiana USA. 1995

6. Irving. L. Kosow. Mquinas elctricas y transfor-madores Prentice Hall Inc 1991.

7. Donald V. Richardson. Arthur J. Caisse. Rotating Electric Machinery and Transformer Technology. Prentice Halll Inc 1998.

8. Normas internacionales IEC 34 2, NEMA MG1 1993 Part.1 Pag 12, IEEE 112 ( test standart ).Volumen 1,2,3 y 4. VI.- PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MOTORES ASINCRONOS

TABLA N 1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

DEVANADOTERMINALESRaisl. ( M( )OBSERVACIONES

ESTATORU1 - MASA

V1 - MASA

W1 - MASA

TABLA N 2.- RESISTENCIA OHMICA POR FASE

DEVANADOTERMINALESRfase ( ( ) *VoltiosAmper.Rfase

( ( ) **Tamb. ( C )

ESTATORU1 - U2

V1 - V2

W1 - W2

* Utilizando un puente Wheatstone.

* Utilizando una batera, voltmetro y ampermetro.

TABLA N 3.- PRUEBA DE VACIO

V FASE

( VOLTIOS )I FASE

( AMPERIOS )P

( VATIOS )TORQUE

N - mQ

(VARs)VELOCID.

RPMCOS (

TABLA N 4.- PRUEBA DE CORTO CIRCUITO ( ROTOR BLOQUEADO )

V FASE ( VOLTIOS )I FASE ( AMPERIOS )PQSCOS (

RSRTSTRSTVATIOSVARSVOLT-AMP.

TABLA N 5.- PRUEBA CON CARGA ( PRUEBA AL FRENO )

VRS

VOL.VST

VOLT.VRT

VOLT.IR

AMP.PINGR.

VATIOSPUTIL

VATIOSTORQUE

N-mVELOC

RPMEF

(%)COS (

I.- INTRODUCCION

Los motores de corriente continua, MCC, son muy importantes debido a que pueden proporcionarnos un alto torque y pueden trabajar a velocidad variable.

En su aplicacin industrial a sido irremplazable en algunos modelos y modernizados en otros dado la particularidad de sus caractersticas de funcionamiento.

Los MCC mas importantes son los siguientes:

Autoexcitados (tipo shunt, serie y excitacin compuesta).

Excitacin independiente.

II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO

Los objetivos del presente trabajo son:

Hacer conocer la constitucin electromecnica de los MCC.

Familiarizarse con la simbologa y conexionado de los MCC de nuestro laborato-rio en los ensayos segn las normas IEC y NEMA.

Conexin y puesta en servicio del MCC.

Inversin de giro.

Determinar sus prdidas, eficiencia en funcin de la corriente de campo.

A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la mquina.

Registro de los valores caractersticos y curvas caractersticas de funcionamien to especficas de los MCC.

Evaluacin de las mediciones realizadas y registradas.

Presentacin del protocolo de pruebas segn normas IEC, NEMA y IEEE.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

7. El alumno verificar el dimensionamiento de la instrumentacin a utilizarse, as mismo constatar que sus esquemas estn bien planteados.

8. Para evitar el deterioro y/o avera de los instrumentos y equipos, el alumno no debe accionarlos por ningn motivo, sin la aprobacin previa del profesor.

9. La escala de todos los instrumentos debe ser la mxima.

10. Al operar las cargas, comenzar con una carga mnima y aumentarlo en forma gradual hasta llegar al mximo permisible.

IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR

BANCO ACTIVO DE PRUEBAS

GENERADOR CORRIENTE CONTINUA

N de pedido SO3636 6UN 200 26 984

Tensin Nominal 230 VoltiosTensin armadura 220 Voltios

Corriente Nominal 3 Amperios.Corriente armadura1 Amperio

Corriente Arranque 9 AmperiosConexinIndependiente

Torque Mximo 10 N mConexin Shunt.

Potencia Aparente 800 VAConexin Compuesta

Rgimen de servicio S1Tensin 220 Voltios

RPM max. 4000Corriente de campo100 mA.

Grado de proteccin IP20Rgimen de servicio S1

AMPLIFICADOR INTERGRADORPM2000

Tensin de pico 600 VoltiosGrado de proteccinIP54

Tensin RMS 400 VoltiosNorma VDE 0530

Corriente pico 10 AmperiosTermostato 120 C

Corriente RMS 7 AmperiosGCC/MCC LUCAS NULLE

ITEMDESCRIPCION GENERAL DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOSCANT.

1Manguito de acoplamiento01

2Cubierta de acoplamiento01

3Carga universal para mquinas de 300 vatios01

4Arrancador para mquina de corriente continua de 300 vatios01

5Regulador de campo para mquina de corriente continua 01

6Fuente de alimentacin de corriente continua01

7Multmetro digital FLUKE01

8Conectores de seguridad04

9Juego de cables de 4 mm25

10Multmetro analgico/digital medidor de potencias y F.P.02

El presente laboratorio debe facilitar los conocimientos orientados a la prctica de los motores de corriente continua. El contenido se centra en el anlisis experimental de las mquinas auto excitadas y con excitacin independiente.

Al concluir el presente laboratorio Ud habr aprendido el modo de funcionamiento, operacin y respuesta de las caractersticas de operacin en estado permanente y transitorio.

As mismo se demostrar las prcticas del control de tensin, inversin de giro y curvas caractersticas de los MCC.

V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)

1.- CONEXIN DEL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

Motor DC excitacin shunt Motor DC excitacin independiente

Motor DC excitacin serie Motor DC excitacin compuesta

2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1)

Esta medicin se realiza aplicando los siguientes mtodos:

Voltio amperimtrico en CC y CA.

Ohmmetro de precisin.

Puente de medicin para resistencias pequeas.

2.1.- Medicin de la Rf y Lf del circuito de campo. Ver GCC

2.2.- Medicin de la RD y LD del circuito de compensacin. Ver GCC

2.3.- Medicin de la Ra y La del circuito de armadura. Ver GCC

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1) e (IEEE 43 / 1991)

4.- MEDIDA DE INDUCTANCIA ROTACIONAL( Gaf)

Unicamente para controlar las prdidas rotacionales.

5.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendr que conectar el freno dinmico LN como FRENO y seleccionado en control de TORQUE. Seguir las indicaciones del profesor.

P til = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P til / P ingreso

6.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mnimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centgrados durante las dos horas siguientes.

7.- CLASIFICACION DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Motor con excitacin shunt.- Se conecta el circuito del inductor en paralelo con el circuito del inducido (comparten la misma fuente externa). Ambos circuitos estn calculados para trabajar con una fuente comn.

IL = Ia + If

V = Ea + ( Ra . Ia )

Ea = Gaf . If . Wm , Te = Gaf . If . Ia , V = Ea + (VV = Vf = ( Radj + Rf ) . If

Fneta = Fcampo - Farmadura

Esta mquina ha recibido este nombre debido a que su devanado inductor est conectado en derivacin a su inducido. Dicho devanado est conformado de muchas espiras y de un conductor delgado debidamente aislado.

Motor con excitacin independiente.- Con la finalidad de obtener una intensidad de campo magntico constante e independiente a los cambios bruscos que se presentan en la carga y para mejorar el par y mantener la velocidad mucho mas estable que los tipos anteriores, alimentaremos al circuito de campo por medio de una fuente DC externa e independiente (evitando que las variaciones existentes en el circuito de armadura interfieran en el circuito de campo). El circucito de la armadura tendr su propia fuente de modo que las variaciones existentes ( debido a la carga ), no afecten al circuito inductor. Por tanto las corrientes Ia e If son independientes. A continuacin podemos detallar las siguientes ecuaciones:

V = Ea + Ra . Ia

Ea = Gaf . If .Wm , Te = Gaf . If . Ia , V = Ea + (V

Fneta = Fcampo - Farmadura

Vf = ( Radj + Rf ) . If

El circuito de campo tiene las mismas caractersticas de construccin que el GCC tipo shunt y difiere en la utilizacin de una fuente completamente independiente.

Motor con excitacin compuesta.- El funcionamiento ms estable de los motores hacen que la mquina sea de muy buena calidad. Para lograrlo los fabricantes de mquinas de CC han combinado las caractersticas de un motor serie y shunt. Se crean entonces las mquinas compuestas que renen mejores caractersticas que las mquinas estudiadas anteriormente.

Fneta = Fcampo + Fcompen. - Farmadura

Fneta = Nf . If + Nd . Id - Na . Ia

Segn la ubicacin de la conexin del circuito inductor, esta mquina puede denominarse de: Paso corto y largo.

8.- APLICACIONES INDUSTRIALES

Actualmente se construyen motores de corriente continua para atender cargas especiales que tienen torque elevado tales como:

Molinos.

Centrfugas.

Llenadotas de bebidas.

Chancadoras

Cargas que necesiten un torque muy elevado.

9.- CUESTIONARIO

1.- Enumere y defina las caractersticas de funcionamiento nominales del MCC

Tome los datos de placa del motor primo y del MC.C. utilizados en sus ensayos.

2.- De los ensayos de vacio graficar tomar datos de las prdidas rotacionales.

Haga una demostracin terica de sus resultados.

3.- Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas.

V vs Ia, Pot vs Wm., EF vs Wm, EF vs Pot. , Pot. vs Ia, Ra Ia vs Ia

4.- Que sucede en el MCC cuando se invierte la polaridad de la fuente de: solo el

campo con armadura constante y solo armadura manteniendo fijo el campo.

Demuestre analticamente los cambios encontrados.

5.- Como verificara si el sistema de escobillas est calibrado correctamente haqa un

esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectara en el

trabajo normal del MCC? Explique detalladamente su respuesta.

6.- Recomendaciones y conclusiones.

VI .- REALIZACION DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MCC

TABLA N 1.- MEDIDA DEL AISLAMIENTO DEL CIRCUITO DE :

CIRCUITO MEDIDOTERMINALES RESISTENCIA ( M() INTRUMENTOS

CAMPOE1 - E2Especificar marca

Tipo, clase, etc.

COMPENSACIND1 - D2

ARMADURAA1 - A2

TABLA N 2.- MEDIDA DE LA RESISTENCIA OHMICA Tamb : .......... C

CIRCUITO MEDIDOTERMINALRESIST.*

OHMIOSTENSION DC

VOLTIOSCORRIENTE

AMPERIOSRESISTENCIA

OHMIOS **

CAMPOE1 - E2

COMPENSACIOND1 - D2

ARMADURAA1 - A2

* Utilizando puente Weasthone.

** Utilizando mtodo ampermetro voltmetro.

TABLA N 3 .- PRUEBA DE VACIO

V ( bornes )

VOLTIOSIf

AMPERIOSVf

VOLTIOSVELOCID.

RPMOBSERVACIONES

TABLA N 4 .- PRUEBA CON CARGA

NV

VOLT.Ia

AMP.Vf

VOLT.If

AMP.VELOC.

RPMPsalida VATIOSEF

%OBSERV.

1Mantener

Ia = Cte

2

3

4

5

6

ANEXOENSAYOS NORMALIZADOS EN MAQUINAS ELECTRICAS1.- CONEXIN DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO JAULA DE ARDILLA NORMALIZADO (IEC 34 - 8)

Para este ensayo el motor trifsico debe ser conectado a una red de 400 voltios, 60 Hz, conectado en triangulo. Tal como la que acompaamos a continuacin.

Ms detalles ver: Diagrama de circuito conectar y arrancar y esquema de montaje conectar y arrancar.

SHAPE \* MERGEFORMAT

2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1)

Esta medicin se realiza aplicando el mtodo los siguientes mtodos:

Voltio amperimtrico.

Ohmmetro de precisin.

Puente de medicin para resistencias pequeas.

Correccin por temperatura

R1 dc = Vdc / Idc Ohmios/fase

R1 = R1 dc { 1 + ( ( Ttrabajo - Tambiente ) }Ohmios/fase

Correccin por efecto SKIN.

Pero los motores trifsicos trabajan en corriente alterna para el cual est diseada, por esta razn es que resulta imprescindible hacer la correccin por efecto SKIN.

R1 ac ( Ttrabajp ) = K* R1 Ohmios / fase

Donde :K = Constante del efecto skin.

R1 dc = Resistencia a temperatura ambiente ( Ttrabajo ).

R1 = Resistencia a temperatura de trabajo ( Tambiente ).

R1 ac = Resistencia estatrica en C.A.

( = Coeficiente de temperatura y depende del material tala como:

( (cobre) = 0.00393 C-1

( (aluminio) = 0.035 C-1

La correccin por efecto SKIN es muy notoria en mquinas de mediano y gran porte, es decir, mquinas de induccin mayores de 50 KW.

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1)

Constituye una medicin precisa de la resistencia del aislamiento a masa de los bobinados. La prueba consiste en aplicar una tensin de CC (IEEE 43 / 1991), y medir la corriente de perdida luego de 60 segundos. La resistencia de aislamiento se calcula segn la ley de OHM:

IR = Tensin aplicada / corriente de fuga medida

TENSIONES DC PARA PRUEBA DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO IEEE - 43

NIVELTENSION DEL ARROLLAMIENTOTENSION DE PRUEBA

1< 1000 VAC500 VDC

21000 - 2500 VAC500 - 1000 VDC

32501 - 5000 VAC1000 - 2500 VDC

45001 - 12000 VAC2500 - 5000 VDC

5> 12000 VAC5000 - 10000 VDC

3.1.- INDICE DE POLARIZACION (IP) IEEE - 43

Mide cuantitativamente la capacidad de polarizacin del aislamiento a masa.

La prueba de IP se realiza comnmente a la misma tensin que la prueba de MEGOHM y tarda 10 minutos en completarse. El Valor de IP se calcula como:

IP = IR(10min) / IR(1min).

En general los aislantes en buenas condiciones mostrarn un ndice de polarizacin alto, mientras que los aislantes daados no lo harn. IEEE - 43 recomienda valores mnimos para las distintas clases trmicas de aislamiento de motores:

CLASE TERMICAIPCLASE TERMICAIP

NEMA CLASE A1.5NEMA CLASE F2.0

NEMA CLASE B2.0NEMA CLASE H2.0

3.2.- INDICE DE ABSORCION (IA) IEEE - 43

Es una variante del ndice de polarizacin.

En algunos materiales como la mica, la corriente que absorben los materiales toma 10 minutos o mas para caer a cero. Pero en sistemas de aislamiento modernos la corriente de absorcin puede caer a cero en 2 o 3 minutos.

El ndice de absorcin se calcula como:

IA = IR(60seg) / IR(30seg)

NIVELES DE INDICES DE ABSORCION Y POLARIZACION IEEE

NIVELINDICE DE ABSORCION INDICE DE POLARIZACIONESTADO DE LA RESIST. AISLAMIENTO

D 0 - 1.00 - 1PELIGROSO

C1.0 - 1.31 - 2DEFICIENTE

B1.3 - 1.62 - 4BUENO

A1.6 - SUPERIOR4 - SUPERIOREXCELENTE

3.3.- TENSION APLICADA (IEEE 112 / 1978 ITEM 6.2)

Demuestra que en el sistema de aislamiento a masa puede existir un voltaje aplicado alto sin exhibir una corriente de perdida extraordinariamente alta.

TENSIONES DE PRUEBA DE HIPOT RECOMENDADOS

IEEE - 95, IEEE - 43, IEC 34.1 Y NEMA MG-1.

TIPOS TENSION PRUEBA DE LOS EQUIPOSDESCRIPCION GENERALVALORES DE LA TENSION APLICADA

VAC PRUEBAValor aproximado de tensin alterna de prueba empleada por el fabricante 2 x VAC MOMINAL(MAQUINA)

+ 1.000 VOLT.

VDC PRUEBA INICIALMxima tensin continua de prueba para la primera prueba

(instalacin de la mquina)1,28 x VAC PRUEBA VOLT.

V DC PRUEBA PERIODICAMxima tensin continua de prueba para las verificaciones peridicas de la mquina

0,96 x VAC PRUEBA

VOLT.

Expresiones para determinar la tensin de prueba del test de comprobacin en mquinas rotativas

3.4.- TENSION DE IMPULSO - IEC 34 -15 /1995 e IEEE - 522 /1992

Proporciona informacin acerca del Aislamiento entre espiras, y la capacidad del aislamiento a masa para soportar transitorios de frente de onda abrupto (como los que aparecen en servicio). Las razones para realizar la prueba de impulso es que diariamente, los motores estn sometidos a transitorios de alta tensin y/o energa. Estos impulsos pueden daar el aislamiento del motor y, en un tiempo, pueden provocar una falla en el mismo.

4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifsico en vaco la tensin de alimentacin se regula hasta que el voltmetro indique la tensin nominal del motor ha ser probado (ver placa). Los instrumentos de medida que se utilicen durante la prctica, ya estn incluidos dentro del pupitre de prcticas.

Las condiciones son las siguientes:

La velocidad debe ser constante.

El eje del motor debe estar completamente libre.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Con la finalidad de verificar las curvas de vaco sobreponerlos con las B vs H.

Bmax = ( VLL x 10-8 ) / 4.44 x f x A x N (Gauss)

H = ( N x (3 If ) / Lm (Amper-Vuelta/metro)

Donde:

Lm = Longitud media al paquete magntico en m.

N = Nmero de vueltas del bobinado estatrico por fase.

A = Area transversal del paquete magntico estatrico = L x C

L = Longitud del paquete magntico en m.

C = Altura de la corona en m.

f = Frecuencia del sistema Hz.

VLL = Tensin de lnea en Voltios.

5.- PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 )

Las condiciones son las siguientes:

La corriente de lnea debe ser la nominal del motor.

El eje del motor debe estar trabado.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.

6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendr que conectar el freno LN.

Seguir las indicaciones del profesor.

En forma muy atenta y delicada manipular el regulador de velocidad del freno dinmico hasta que la corriente circulante consumida por el motor es la corriente nominal.

Despus del registro de las cargas aplicadas en el motor tomar el registro de la velocidad y torque. Aplicando la siguiente expresin se lograr calcular la potencia util.

P til = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P til / P ingreso

7.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mnimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centgrados durante las dos horas siguientes.

8.- COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 2 Y VDE 560

ITEM 4.

Todos los circuitos industriales son resistivos inductivos en consecuencia la compensacin reactiva es muy necesaria para ahorrar dinero en el pago de los kVAR-H consumidos y para dar cumplimiento de las NTCSE de nuestro pas.

Los tipos de compensacin reactiva son los siguientes:

Compensacin individual.

Compensacin en grupo.

Compensacin automtica centralizada.

Compensacin dinmica (tiempo real).

Filtro activo de armnicas.

Control de tensin

Reactancias estatricas y retricas - IEEE 112 1978 ITEM 4.8

25

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_1113209467.unknown

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_1465071153.doc

_1205323309.unknown

_1205481777.dwg

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_1205323067.unknown

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