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UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELECTROMECÁNICA I DOCENTE: Inga. Doris Calderón Alfonso REPORTE DE PRÁCTICA N°6 (PERIODO III)

APELLIDOS

NOMBRES

N° DE CARNET

Amaya Cruz

William Alejandro

AC151667

García Arteaga

Roberto Antonio

GA131392

Ramírez Aguilar

Osmin Xavier

RA111697

Rivas Vanegas

Francisco Emanuel

RV100283

VIERNES 6 DE JULIO DE 2018

Estudio del motor monofásico.

Parte I. Análisis de motor monofásico con capacitor de arranque Se armó el sistema siguiente:

2. Energice la fuente de alimentación. El motor deberá conectarse a 220 Vac entre línea y neutro. En caso de dudas acerca del voltaje de alimentación, consulte al respecto. 3. Ajuste las escalas de los medidores a: a) Vatímetro: V= 300 V I= 10 A b) Amperímetros: En escalas altas según corrientes en los datos de placa del motor. c) Unidad de control del freno. SET/START VALUE: A cero (final sentido horario) - Nm: x 10 - Contr. Mode: M Min-1 : x 1 - Autom. Limit: 6Nm 4. Cerrar SW1 y observar el sentido de giro del motor. 5. Invierta la conexión de la bobina auxiliar a, esto con el objetivo de invertir el sentido de giro del motor. 6. Cierre SW1 y observe el sentido de giro. Anote en ambos casos el sentido de giro. Luego abra SW1 y regrese la conexión de la bobina auxiliar a la posición inicial. Midiendo los respectivos parámetros solicitados, se muestran en la siguientes tabla:

M (NM)

1

1.2

1.5

1.7

2

𝑰𝒎 (𝑨)

10.1

10.4

11.3

11.6

17.8

𝑰𝒂 (𝑨)

8.2

9.5

10

10.05

12

𝑷 (𝑾)

1700

2000

2000

2200

2500

𝑸 (𝑽𝑨𝑹)

1100

1100

1100

1100

1800

𝐜𝐨𝐬 ∅

0.81

0.83

0.84

0.84

0.86

𝒏 (𝒓𝒑𝒎)

3200

3150

3150

3100

2800

Para obtener los parámetros de 𝑃𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 , 𝑃𝑜𝑢𝑡 , 𝑆, 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑖𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑦 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 se utilizaron las siguientes formulas. 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝜏𝜔 Donde 𝜔 esta en radianes. 𝑃𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 𝑃𝑖𝑛 − 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑆 = √𝑃2 + 𝑄 2 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 − 𝑛𝑚𝑒𝑐 𝑠= 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 𝑛𝑠𝑖𝑛 = 3600 𝜂=

M (Nm)

𝑃𝑜𝑢𝑡 3𝑃𝑖𝑛

1

1.2

1.5

1.7

2

𝑷𝒐𝒖𝒕 (𝑾)

335.10

395.84

494.80

551.87

586.43

𝑷𝒑é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔 (𝑾)

1364.9

1604

1050.7

1648.1

1913

𝑺 (𝑽𝑨)

2024.84

2282.54

2282.54

2459.67

3080.58

𝒔

0.11

0.125

0.125

0.13

0.22

𝜼

6.57

6.59

8.24

8.4

7.89

Parte IV. Análisis de motor monofásico con capacitor permanente.

2. Energice la fuente de Vac. 3. Cierre el interruptor SW1 y registre en la condición de vacío: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟: 3250 𝑟𝑝𝑚 𝐼𝑚: 1.5 𝐴 𝐼𝑎: 8𝐴 𝑃: 140 𝑊 𝑐𝑜𝑠 𝜑: 0.55 4. Complete la tabla de datos 2, para los valores de torque indicados, aplicando los valores de torque según la secuencia mostrada. M (N-m)

1

1.2

1.5

1.7

0.9

Im (A)

7.5

9.95

10.1

11.3

8.2

Ia (A)

8

9

9.5

10

7.5

P (W)

650

890

900

1000

600

Q (VAR)

50

100

150

170

40

𝐜𝐨𝐬(𝝓)

0.8

0.83

0.8

0.84

0.79

n (rpm)

3250

3150

3100

3050

3350

Pout (W)

340.33

395.84

486.94

542.97

315.73

Ppérdidas (W)

309.67

494.16

413.06

457.03

284.27

S (VA)

651.92

895.6000

912.41

1014.34

601.33

Deslizamiento

9.7%

12.5%

13.88%

15.277

6.9

Eficiencia

17.45

14.82

18

18.0999

17.5

Discusión de resultados. 1. Dibuje en un mismo plano las gráficas para las tablas de datos obtenidas, tanto para el motor monofásico con capacitor de arranque, así como para el motor monofásico con capacitor permanente.

n (rpm)

Gráfico Velocidad vs Torque 3550 3500 3450 3400 3350 3300 3250 3200 3150 3100 3050

3500 3450 3400

3400

3350 3300

3300 Motor con Capacitor de Arranque

3200

Motor con Capacitor Permanente

3100

0

1

2

M (N-m)

3

Gráfico Torque vs Velocidad 3 2.5

2.5

2.5 2

2

M (N-m)

2 1.5

1.5

Motor con Capacitor de Arranque

1.5 1

1

1

Motor con Capacitor Permanente

0.5 0.5 0 3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

n (rpm)

Gráfico Corriente de Arranque vs Torque 30

26.8

26.8

26.8

26.8

26.8

15

15

15

15

15

25

Ia (A)

20 15

Motor con Capacitor de Arranque

10

Motor con Capacitor Permanente

5 0 0

1

2

3

M (N-m)

Gráfico Corriente Media vs Torque 14 11.5

12

9.1

Ia (A)

10

7.9

7.5

8 5.4

6

6.2 5.1

Motor con Capacitor de Arranque

6

3.7 4

Motor con Capacitor Permanente

2.4

2 0

0

1

2

M (N-m)

3

2. En base a la tendencia de las curvas torque-velocidad clasifique a que clase pertenece esta máquina. De acuerdo a los gráficos obtenidos y mostrados anteriormente, ya que al aumentar el torque la velocidad disminuye, y la corriente de arranque está comprendido en un rango que se pude considerar alto, el motor es un motor clase A, esta clase de motor tiene la mejor regulación de velocidad, pero su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciéndolo menos deseable para arranque con línea.

3. Explique porqué Im se reduce considerablemente en la conexión del motor monofásico con capacitor permanente. Debido a que el capacitor permanente desplaza en tiempo (y espacio) la corriente del devanado de arranque, esto genera algo parecido al motor bifásico. Es entonces cuando la generación de un par necesita menos corriente.

INVESTIGACION COMPLEMENTARIA Investigue aplicaciones de motores monofásicos El motor de inducción, en particular el de tipo de jaula de ardilla, es preferible al motor de corriente continua para trabajo con velocidad constante, porque el costo inicial es menor y la ausencia de conmutador reduce el mantenimiento. También hay menos peligro de incendio en muchas industrias, como aserraderos, molinos de granos, fabricas textiles y fabricas de pólvoras. El uso del motor de inducción en lugares como fabricas de cementos es ventajoso, pues, debido al polvo fino, es difícil el mantenimiento de los motores de corriente continua. Grúas y malacates: El motor de corriente continua excitador en serie es el que mejor se adapta a grúas y malacates. Cuando la carga es pesada, el motor reduce su velocidad en forma automática y desarrolla un momento de torsión creciente, con el cual se reducen las cargas picos en el sistema eléctrico. Con cargas ligeras, la velocidad aumenta con rapidez, con el cual se logra una grúa que trabaja con más rapidez. El motor en serie también está bien adaptado para impulsar el puente de las grúas viajeras y también al carro que se mueva a lo largo del puente. Cuando solo se dispone de corriente alterna y no resulta económico convertirla, el motor de inducción del tipo de anillo deslizante, con control de resistencia externa, es el mejor tipo de motor de corriente alterna.

También se utilizan motores de jaula de ardilla con anillos extremos de alta resistencia, para producir un elevado momento de torsión al arranque (Motores clase D). Aplicaciones de los momentos de torsión constante: Las bombas de pistón, molinos, extrusores y batidoras pueden requerir un momento de torsión constante en toda su variedad de velocidad. Estas requieren un motor de inducción jaula de ardilla, diseño clase C o D que tienen un alto momento de torsión de arranque, para alcanzar su velocidad nominal. Cuando debe variarse la velocidad estando ya en movimiento el motor, puede usarse un motor de C.C de voltaje de armadura variable o un motor de inducción jaula de ardilla de frecuencia variable. Bombas centrífugas: El bajo WK2 y el bajo momento de torsión de arranque hacen que los motores jaula de ardilla diseño B de propósito general sean los preferidos para esta aplicación. Cuando se requieren un flujo variable, el uso de una fuente de potencia de frecuencia variable para variar la velocidad del motor, será favorable desde el punto de vista de la energía respecto al cambio de flujo por cierre de la válvula de control con el fin de incrementar la carga. Ventiladores centrífugos: Un WK2 alto requiere un motor de caja de ardilla diseño C o D de alto momento de torsión de arranque para que el ventilador adquiera su velocidad de trabajo en un periodo razonable de tiempo. Programas de análisis de motores de CA CYME El programa de análisis de redes eléctricas CYME cuenta con un módulo opcional de análisis del arranque de motor en régimen dinámico, del rotor bloqueado y del máximo tamaño del motor admisible que permite simular el efecto del arranque de los motores sincrónicos y de inducción en redes eléctricas trifásica.

Arranque de motores en régimen dinámico

Es una herramienta robusta y de fácil uso utilizada para evaluar los huecos de tensión y el tiempo de aceleración de los motores, usando varias técnicas de arranque. La selección del motor que se arrancará y del método de arranque se define en un cuadro de dialogo de tipo hoja de cálculo donde el usuario puede especificar el estado de cualquier motor de la red entre las opciones siguientes: desconectado, en funcionamiento, con rotor bloqueado o en arranque.

Arranque de motores de inducción

El análisis de arranque de motores asíncronos (de inducción) toma en cuenta el efecto de la inercia del motor y las curvas de carga definidas por el usuario. Puede tratar los siguiente métodos de arranque:     

Arranque por conexión directa a la línea Arranque asistido por condensadores en derivación Arranque asistido por resistencia y/o inductor Arranque por auto-transformadores en modo abierto o cerrado Arranque por arrancador suave, con : o rampa de corriente

o o    

rampa de tensión límite de corriente Arranque asistido por inyección de resistencias en el anillo colector Curvas suministradas por los fabricantes Arranque Estrella-Delta, transición abierta o cerrada Variador de frecuencia (VFD) ofrece la opciòn de conectar el motor al terminal secundario del VFD con un cable. Ambos modos de funcionamiento: par y potencia del motor son posibles Arranque de motores sincronos

El análisis de arranque de motores sincrónicos toma en cuenta el efecto de la inercia del motor, las curvas de carga definidas por el usuario y los parámetros del sistema de excitación para sincronizar el motor cuando la velocidad se acerca de la velocidad sincrónica. El algoritmo toma en cuenta las pulsaciones del motor sincrónico debidas a la naturaleza de las conexiones de los devanados. El programa maneja varios métodos de arranque :    

Arranque por conexión directa a la línea Arranque asistido por condensadores en derivación Arranque asistido por resistencia y/o inductor Arranque por auto-transformadores en modo abierto o cerrado

FEMM

La sigla FEM (Finite Element Method o Método de Elementos Finitos en castellano) designa a uno de los muchos métodos utilizados para la resolución aproximada de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales (EDP). Estas ecuaciones aparecen en muchas áreas: análisis de tensiones estructurales, diseño de diversas piezas, estudio de máquinas eléctricas, la conducción del calor y una larga serie de aplicaciones imposible de mencionar en detalle. Habitualmente, en los cursos de Análisis III se estudian algunos de los métodos analíticos que se pueden utilizar para resolver EDP, siendo el de Fourier, en mi opinión, el más versátil

y bello. Aún con la potencia de estos métodos analíticos, muchos de los problemas de ingeniería son demasiado complejos como para ser resueltos “a mano”, a menos que se busque una solución a un problema sobre-simplificado. Para bien y para mal las computadoras han cambiado drásticamente nuestra forma de trabajar. La parte buena reside en métodos numéricos que nos posibilitan atacar problemas cuya complejidad los torna virtualmente imposibles de resolver por métodos analíticos. La parte mala aparece cuando los usamos en forma ciega sin saber qué hacen y cuáles son las limitaciones. Todo método numérico que resuelva EDP encuentra una solución aproximada al problema en un conjunto discreto de puntos del espacio. Las dos palabras en cursiva son importantes y reflejan limitaciones esenciales de todo algoritmo de este tipo. Es imposible encontrar la solución en los infinitos puntos del espacio (ni sería razonable) y ello lleva a que se resuelva un problema (en general matricial) “semejante” al diferencial.