Parte 1
* Examinar la construcción de un motor sincrono
3Φ.
* Obtener las características de los motores sincronos
3 Φ.
1. Examine la construcción del
motor/generador sincrono, prestando particular atención a los devanados del rotor y el
estator y los polos del rotor.
a) Identifique las escobillas.
b) Las escobillas pueden ser removidas?
Rta: No, porque son las que le suministran la
corriente de excitación al rotor.
c) Note como los dos devanados del rotor llegan a los
slip rings
d) Identifique los retenes de los devanados del rotor.
Están compuestos de barras de cobre
insertadas en las cabezas de los polos y soldadas a cada uno de
los polos a una lamina de cobre.
e) Identifique los cuatro polos salientes justo debajo
de los retenes de los devanados. También hay solo dos
devanados, están conectados de tal forma que sus fuerzas
magnetomotrices actúan en oposición. De esta manera
se crean cuatro polos.
2. Examine el panel frontal del cableado del
modulo del motor/generador sincrono.
Rta: 1 Y 4 ; 2 Y 5 ; 3 Y 6 ;
Cuál es el valor
nominal de la corriente de los devanados del
estator?Rta: 8 Amp.
- Los tres devanados separados del estator estan
conectados a los terminales.Rta: 120 V.
- Cual es el valor nominal del voltaje de los devanados
del estator?Rta: 7 Y 8;
- El devanado del rotor esta conectado a través de
la perilla a los terminales:Rta: 120V.
- Cuál es el voltaje nominal de los devanados
del rotor? - Cuál es la velocidad
nominal del motor?
Rta: 1800 r.p.m
g) Cuál es la potencia mecánica de salida del motor?
Rta: 2 KW.
- Identifique la resistencia de
arranque
i) Identifique la perilla de
sincronización.
3.
a) Conecte su motor/generador sincrono al modulo de
conexión.
b) Instale el tacómetro eléctrico en su
motor/generador sincrono.
4.
Usando la fuente, el amperímetro AC, el
motor/generador sincrono y el modulo de motor/generador sincrono.
Conecte el circuito como esta en la figura. Note que los tres
devanados de los estatores están conectados en "Y" para
conseguir 208V 3 Φ en la
salida de la fuente (terminales 1, 2 y 3).
5.
a) Encienda la fuente, arranque el motor, usando el
arrancador del motor sincrono. Note que el motor arranca
lentamente y continua corriendo como un motor de inducción ordinario.
b) Registre la dirección de rotación:
Rta: La rotación se da en un sentido
antihorario
c) Mida y registre las tres corrientes de
línea
Rta: I1 = 5.6 Amp (ac) ; I2 = 6.1 Amp (ac) ; I3 =
5.9 Amp (ac)
d) Pare el motor usando el arrancador del motor sincrono
y apagando la fuente.
e) Intercambie una de las conexiones de la
fuente.
f) Encienda la fuente y arranque el motor.
Rta: Ahora la rotación se dio en un
sentido horario.- Anote la dirección de
rotación - Mida y registre las tres corrientes de
línea.
Rta: I1 = 5.8 Amp (ac) ; I2 = 5.9 Amp (ac) ; I3 =
6.0 Amp ( Ac)
i) Pare el motor usando el arrancador de motor sincrono
y apague la fuente.
6.
b) Conecte el motor/generador DC al modulo de
conexión del motor/generador DC.7.
a) Usando la fuente, el modulo amperímetro
AC, el modulo arrancador, el modulo de conexión para
motor sincrono, un reóstato de campo, y el modulo de
medición DC, conecte mostrado en la
figura.b) Asegúrese de que la perilla del
interruptor de sincronizado este cerrada(arriba) y gire el
reostato a favor de las manecillas del reloj (máxima
resistencia). Note que el circuito de excitación esta
conectado a los terminales 8 y N (120 V DC).c) Encienda la fuente y arranque el
motor.d) Ajuste el reostato para una corriente de campo
normal (100% del factor de potencia) .e) Pare el motor, apague la fuente y remueva el
amperímetro del circuito de campo. Reconecte el
circuito sin el amperímetro.8.
- Acople el motor/generador sincrono al motor/generador
DC.
a) Usando la fuente, el modulo de conexión de
motor/generador DC, un reopstato de campo y tres
módulos de resistencia, conecte el circuito mostrado
en la figura.b) Note que el circuito de campo esta conectado a
los terminales 8 y N.c) Encienda la fuente y ajuste el reostato para una
corriente de excitación de 1.1A DC.d) Apague la fuente.
e) Note que las tres resistencias variables
están en paralelo. Todos los interruptores deben estar
apagados.9.
a) Cierre el interruptor de cada resistencia de 30
ohm de todos los módulos de resistencia. Esto
proveerá una resistencia equivalente de 10 ohm
conectado al generador DC.b) Encienda la fuente.
c) Arranque el motor usando el arrancador sincrono y
observe que pasa. No trate de encender el motor por mas de 10
segundos.d) Pare el motor y apague la fuente.
e) Describa que pasa.
Rta: El motor no arranco pese a que se
sostuvo presionado el botón de arranque
durantediez segundos, debido a la carga puesta en el
produciéndole una corriente deexcitación en su campo.
f) Que indican los amperímetros?
Rta : Cuando el arrancador comienza a
dispararse las corrientes son máximas y al
mismotiempo oscilan cuando están en este
punto.g) Debería un motor sincrono, bajo carga,
arrancar con corriente de excitación en su
campo?10.
a) Abra los interruptores de 30 ohm. Todos los
interruptores deben estar abiertos.b) Conecte el rotor del motor sincrono a la salida
de la fuente de 0-120V DC variable (terminales 7 y
N).c) Asegúrese que la salida de voltaje es
cero.d) Cierre los interruptores de 30 ohm solo en un
modulo. Esta carga resistiva permitirá que el motor se
acerque lo suficiente a la velocidad sincrónica para
poder ser
sincronizado.e) Encienda la fuente y arranque el
motor.f) Describa que pasa.
Rta: observando los amperímetros se
aprecia que las corrientes de nuevo son máximas y
oscilan de forma permanente cuando se encuentran en este
punto máximo.g) Su motor esta operando como un motor de
inducción?Rta: si, ya que existe un limite superior
finito para la velocidad del motor, en donde si el rotor del
motor estuviera rotando a velocidad sincrónica las
barras del rotor serian estacionarias con respecto al
campo
magnético y no habría voltaje inducido. Por
lo cual eind seria igual a cero, no habría
corriente en el rotor ni tampoco campo magnético
rotorico, y sin este no habría a su vez par inducido y
el rotor se frenaría.h) Cuidadosamente ajuste la salida de voltaje a 120V
DC como lo indica el medidor de la fuente (posición 7
Y N).Rta: observamos que el motor se estabiliza o
se sincroniza cuando su nivel de voltajellega a 44, 6 voltios.
- Describa que pasa.
Rta: I1 = 4,9 Amp (ac) ; I2 = 4,7 Amp (ac) ,
I3 = 4,4 Amp (ac) - Cuidadosamente, mientras el motor esta corriente,
cambie la escala de la
línea de amperímetros de 30 a 5 A AC. Solo uno a
la vez. Cuales son las corrientes de línea? - El motor esta operando como motor
sincrono?
Rta: si, porque su voltaje adquiere un
determinado valor limite superior en donde encuentra la
sincronización o dicho de otra forma se estabiliza o
adquiere una velocidad constante.
l) Regrese el voltaje a cero, pare el motor y apague la
fuente.
11.
a) Conecte el circuito mostrado en la figura. Note que
el motor sincrono esta conectado para configuración de
arrancado normal. ( Como un motor trifasico de armadura de
ardilla).
b) Note que el estator del motor esta conectado a los
terminales 4, 5 y 6 de la fuente.
c) Note también que los dos voltímetros
están enserie. El voltaje actual E2 es
E2= V1+V2.
d) El selector de la fuente debe estar en 4 y
5.
12.
a) Remueva los tres módulos de resistencia
variable de la armadura del circuito del generador y
reemplácelo por un disyuntor DC. No altere cualquiera de
las otras conexiones.
b) Cierre el disyuntor para corto-circuitar el generador
y producir el máximo torque.
13.
a) Encienda la fuente y ajuste la salida de voltaje a
140V AC.
b) Arranque el motor y mantenga el dedo en el
botón de arrancado mientras rápidamente se mide
E1(debe ser menos de 140V AC), V1,
V2, las corrientes de línea y el torque de
arranque. Luego quite el dedo del botón y el motor debe
parar.
Rta: E1 = 125,7 V (ac) V2 = 143,2 V
(ac)
V1 = 142,7 V (ac) I2 = 2,2 A (ac)
I1 = 2,2 A (ac) I3 = 2,2 A (ac)
Su torque es igual a 7 N.m
c) Calcule el voltaje de rotor y la corriente de
línea.
Rta:
E2 = V1 + V2 = 142,7 V + 143,2 V = 285,9 V
IL = ( I1 + I2 + I3 ) / 3 = ( 2,2 A + 2,2 A + 2,2 A ) /
3 = 2,2 A ( ac)
14.
a) Sabiendo que corrientes y voltajes son proporcionales
a los voltajes del estator, calcule E2 e IL
para pleno voltaje de arrancado.
b) Sabiendo que el torque es proporcional al voltaje del
estator de armadura, calcule el voltaje pleno de
arrancado.
15.
a) Calcule la potencia aparente del motor a voltaje
pleno de arrancado.
b) Calcule el torque de plena carga correspondiente a
2KW a 1800rpm.
Rta: ind = p / Wm = 2000 W / ( 1800* 2*
PI ) / 60 = 2000 / 188,44 = 10,61 N.m
c) Explique porque un gran voltaje AC E2 fue
inducido en los devanados del rotor.
Rta: Si se fija una carga al eje de un motor
sincrono este desarrollara suficiente par para mantenerse girando
a la velocidad sincrónica junto con su carga, ocasionando
una gran IF y a su vez una gran EA inducida en el rotor, este
hecho es de gran importancia ya que le ocasiona al motor una
ventaja de estabilidad o de sincronismo.
16.
a) Con un circuito intacto, arranque el motor usando el
arrancador de motor sincrono. Mantenga su dedo en el botón
de arrancado mientras el motor acelera.
b) Después de unos segundos abra el disyuntor,
manteniendo el dedo en el motor de arrancado. El motor comienza a
andar a plena velocidad y correr como motor de inducción.
Note el efecto sobre el voltaje inducido
E2.
c) Que le pasa a E2 cuando la velocidad
aumenta?
Rta: Si miramos desde el punto de vista en donde
a un incremento de IF se ocasiona también un incremento en
EA, pero que no afecta la potencia real suministrada por el
motor, y vemos que al incrementarse IF no ocurre alguna
variación con la velocidad del eje del motor, de ello
podemos decir que E2 no se ve afectado al incrementarse la
velocidad en el eje del motor y por el contrario después
de haber tomado algún valor superior limite el se mantiene
constante a menos que haya cambio en el
par aplicado al motor porque ahí si ocurría cambios
en IF y por consiguiente en EA también.
Pruebe su conocimiento.
1. Que precauciones debe tomar durante el periodo de
arrancado de un motor sincrono?
Rta: Reducir la velocidad del campo
magnético del estator a un valor suficientemente bajo para
que el rotor pueda acelerar y se enlace con el durante medio
ciclo de rotación del campo magnético. Esto se
puede llevar a cabo reduciendo la frecuencia de la potencia
eléctrica aplicada.
2. Enumere dos razones de por que los devanados del
rotor de un motor sincrono es usualmente conectado a una
resistencia externa durante el periodo de arrancado.( Aun si el
rotor esta provisto con una armadura de ardilla).
Rta:
- Cuando posee armadura de ardilla este ayuda a que el
par inducido se adicione y no por el contrario se reste como
pasaría si el rotor tuviera devanados convencionales en
su armadura, entonces si se posee rotor jaula de ardilla este
le ocasiona un solo sentido de giro al motor que seria lo mas
conveniente para su utilidad. - El estar conectado a resistencias externas durante el
periodo de arrancado evita peligros si en determinado momento
existen grandes corrientes que pueden llegar a sobrecalentar o
quemar los devanados del rotor o el estator, acabando con la
vida útil del motor o deteriorándola según
sea el caso, este mecanismo de resistencias externas son
sistemas de
control se seguridad
para los motores y a su vez sirven como determinado sistema de
arrancado para ciertos motores que necesitan ser arrancados con
carga de lo contrario habrían accidentes
costosos para cualquier industria.
3. Compare las características del motor sincrono
con las armaduras de ardilla.
Rta: Al ponerse un motor sincrono en marcha con
su corriente normal de campo se produce un par primero en sentido
contrario a las manecillas del reloj y luego en el sentido de las
manecillas del reloj en un ciclo, lo cual produce un promedio
igual a cero de estos dos torques aplicados en un ciclo al motor,
lo cual lo hace ver como un método
poco conveniente para cualquier uso; por el contrario existe el
motor con armadura de ardilla en el que por su
construcción vemos que sus laminas cortocircuitadas
producen un par que siempre vaya en la misma dirección
adicionadosen y no por el contrario se resten provocando un
promedio diferente de cero.
LABOARTORIO 14
PARTE 2
Objetivos
* Observar como un motor sincrono puede actuar como una
inductancia o capacitancia variable.
* Obtener la curva característica de corriente DC
vs corriente AC para un motor sincrono.
Procedimiento
1. Conecte el motor/generador al modulo de
conexión.
2.
a) Usando el modulo de la fuente, el arrancador del
motor sincrono, el amperímetro AC, El medidor de factor de
potencia, el modulo de conexión del motor, el
volti-amperimetro DC, y un reostato de campo, conecte el circuito
mostrado en la figura.
b) Note que el arrancador del motor esta
conectado a 208V, en la salida 3Φ de la fuente (1, 2 y
3).
c) Gire la perilla del reostato completamente en sentido
de las manecillas de reloj.
d) Asegúrese que el interruptor del rotor este
abierto(abajo).
3.
Rta: I1 = 5.8 Amp (ac) ; I2 = 6,3 Amp (ac) ;
I3 = 6,1 Amp (ac)b) Note el indicador del factor de potencia. Esta en
adelanto o en atraso?c) Pare el motor.
4.
a) Cierre el interruptor del
rotor(arriba).b) Cambie las conexiones de los tres
amperímetros AC de 10 a 5 A.- Encienda la fuente y arranque el motor. Anote los
valores de las corrientes AC I1,
I2eI3.I1 = 2,2 Amp (ac) I2 = 2,6 Amp (ac)
I3 = 2,5 Amp (ac) IF = 0,55 Amp (ac)
El factor de potencia esta aun en atraso?
SiSon estos valores mas pequeños que los del
paso 2. a). ? Si.d) Use el reostato para aumentar gradualmente la
excitación DC hasta que el Factor de potencia sea por
encima de 1.0. Luego, tan pronto la fuente es conectada, el
motor actua como una resistencia y la corriente de
línea es mínima.Anote los valores de las tres corrientes de
línea.I1 = 0,8 Amp (ac) I2 = 0,9 Amp (ac) I3 = 0,8 Amp
(ac)e) Anote los valores de la corriente de
excitación a un factor de potencia de 1.0If = 0,95 Amp (ac)
f) Aumente la excitación y note que las
corrientes de línea comienzan a aumentar de nuevo. El
motor esta generando potencia reactiva de la fuente y parece
un capacitor.4.
a) Para cada factor de potencia de la tabla mida y
registre las corrientes de línea y la corriente de
excitación.b) Regrese el voltaje a cero y apague la
fuente. - Arranque el motor y anote de nuevo los valores de
AC de I1, I2 e I3 y la
corriente de excitación If. - Complete la tabla calculando la corriente de
línea y los valores de los pasos 2. a) y 3.
c)
F.P | CHARGE | I1 | I2 | I3 | IF | IL |
|
| A | A | A | A | (I1+I2+ I3 / 3 ) |
0,5 | Lagging | 1,5 | 1,5 | 0,7 | 0,7 | 1,23 |
0,6 | Lagging | 1,2 | 1,5 | 1,5 | 0,7 | 1,4 |
0,7 | Lagging | 1,0 | 1,4 | 1,2 | 0,8 | 1,2 |
0,8 | Lagging | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 0,6 | 0,96 |
0,9 | Lagging | 0,8 | 1,0 | 0,8 | 0,9 | 0,86 |
1,0 | – | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 0,9 | 0,76 |
0,9 | Leading | 0,9 | 1,0 | 0,8 | 1,0 | 0,9 |
0,8 | Leading | 0,9 | 1,0 | 0,8 | 1,0 | 0,9 |
0,7 | Leading | 1,1 | 1,1 | 1,0 | 1,06 | 1,06 |
0,6 | Leading | 1,3 | 1,4 | 1,2 | 1,1 | 1,3 |
0,5 | Leading | 1,7 | 1,8 | 1,5 | 1,4 | 1,66 |
– | Lagging |
|
|
| 0,0 |
|
– | lagging |
|
|
|
|
|
Pruebe su conocimiento
1.
a) Dibuje los valores de corriente de línea vs
los valores DC de la corriente de la tabla en la
grafica.
b) Dibuje una curva suave a través de los
puntos.
c) Dibuje los puntos de factor de potencia registrados
vs los valores de corriente DC de la tabla, en la
grafica.
d) Dibuje una curva suave a través de los
puntos.
2. Podría un motor sincrono llamarse
también un inductor sincrono?
Rta: si porque en dicho motores el campo
magnético estatorico posee una corriente de campo la cual
induce un voltaje interno en el rotor de la maquina en donde con
los efectos que se producen al arrancarlo y enlazarlo en marcha
constante podemos determinarlo como un motor inductor
sincrono.
- Observamos el funcionamiento del motor sincrono y se
pudo relacionar con el motor de inducción como si fuera
un motor de inducción sincrono. - Detallar la diferencia de operar un motor con
armadura con devanados de alambre de cobre con la de operar un
motor con rotor jaula de ardilla y los beneficios que este trae
con su construcción de barras cortocircuitadas
. - Analizar el sistema de arranque que se le da a un
motor sincronico con carga con el sistema de control
mediante resistencias externas como sistema de
protección al mismo motor.
RIGOBERTO HERNANDO OLARTE
ING Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER –
COLOMBIA