Informe n 1 Lab. Maquinas.docx

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DE VALPARASOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA INFORME LABORATORIO DE MQUINAS ELCTRICAS IEE 450

Integrantes: Hugo lvarez G.Patricio Castillo O.Alejandro Miranda A.Mario Miranda A.Nicols Orrego

Profesor: Rene Sanhueza R.

29 de octubre del 2013

NDICE Pg. INTRODUCCIN OBJETIVOS

DESARROLLO

CONCLUSIN BIBLIOGRAFA

INTRODUCCIN Los sistemas elctricos hoy en da se les encuentra en, prcticamente, toda la tecnologa creada por el ser humano. Dicha invencin resolvi grandes problemas he hizo grandes avances en lo que conlleva a la tecnologa. Estos sistemas se pueden encontrar desde algo muy simple como una luminaria hasta cosas muy complejas como un sistema de gran generacin elctrica. A medida que estos avances siguieron, tambin se fueron presentando problemas de acuerdo a la necesidad de la poca; como por ejemplo poder variar la velocidad de un motor de induccin. Para este tipo de problema se crearon diversos sistemas complejos muy robustos que lograban, en gran parte, resolver este problema en particular. As fueron naciendo nuevas ideas hasta llegar al famosamente conocido variador de frecuencia, que se utilizar en estas experiencias. Ahora bien los sistemas elctricos creados comparten con la cotidianidad de cada da y muchas veces se pasan por alto. Como lo es el sistema elctrico de un automvil. La forma en que opera el sistema elctrico de un automvil muchas veces no s toma con gran importancia pero como se ver en este laboratorio, a travs de una simulacin de dicho sistema, se ver que se pueden medir muchas variables y sacar conclusiones que a simple vista no se aprecian en el sistema elctrico de un automvil.

OBJETIVOS

Estudiar el sistema elctrico de un automvil. Comparar el comportamiento de motores de alta eficiencia con respecto a los standar. Alimentar el motor de induccin a diferentes frecuencias. MARCO TEORICO

Motor asncrono

Los motores asncronos o de induccin son un tipo de motor de corriente alterna. El primer prototipo de motor elctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en espaol, Instituto Americano de Ingenieros Elctricos, actualmente IEEE) en 1888.El motor asncrono trifsico est formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un esttor, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifsicas y estn desfasadas entre s 120 en el espacio. Segn el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifsicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es tambin de 120, se induce un campo magntico giratorio que envuelve al rotor. Este campo magntico variable va a inducir una tensin en el rotor segn la Ley de induccin de Faraday: La diferencia entre el motor a induccin y el motor universal es que en el motor a induccin el devanado del rotor no est conectado al circuito de excitacin del motor sino que est elctricamente aislado. Tiene barras de conduccin en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periferia. Las barras estn conectadas con anillos (en cortocircuito como dicen los electricistas) a cada extremidad del rotor. Estn soldadas a las extremidades de las barras. Este ensamblado se parece a las pequeas jaulas rotativas para ejercitar a mascotas como hamsters y por eso a veces se llama "jaula de ardillas", y los motores de induccin se llaman motores de jaula de ardilla.

Caracterstica par-velocidad del motor de induccin.

En la figuras 1.6 y 1.7 se presentan las curvas caractersticas par-velocidad del motor de induccin. La informacin que proveen, se resume a continuacin:

1. El par inducido del motor es cero a la velocidad sincrnica.2. La curva par-velocidad es aproximadamente lineal entre vaco y plena carga; ya que cuando crece el deslizamiento, crecen linealmente: la corriente rotrica, el campo magntico del rotor, y el par inducido.

3. El par mximo o de desviacin, equivale a 2 3 veces el par nominal y no puede ser excedido.4. El par de arranque es ligeramente mayor al par de plena carga.5. Para un deslizamiento dado, el par inducido vara con el cuadrado del voltaje aplicado.6. La mquina de induccin opera como generador cuando la velocidad del rotor es mayor que la sincrnica. Entonces la direccin del par inducido se invierte, convirtiendo potencia mecnica en potencia elctrica.7. Para frenar con rapidez el motor, se conmutan dos fases, que significa invertir la direccin de rotacin del campo magntico.

MOTORES DE ALTA EFICIENCIA

AHORRO DE ENERGA EN MOTORES ELCTRICOS DE INDUCCIN.

Si analizamos el perfil de los consumidores de energa a nivel nacional, aproximadamente el 70% de ellos son del tipo industrial; Mientras que en la industria, entre el 55 y 60% del consumo de energa, se debe a los motores elctricos. Los motores ms comnmente utilizados en la industria son del tipo induccin o rotor jaula de ardilla, debido a sus caractersticas tanto de operacin, como constructivos. Por lo tanto, si ellos son los mayores consumidores de energa, es necesario analizarlos ms a fondo, para determinar las variadas oportunidades de ahorro de energa que en ellos se pueden aplicar. Aunque existen muchos tipos de motores, en este curso nicamente profundizaremos en los motores de corriente alterna del tipo induccin rotor jaula de ardilla, del tipo B, ya que son los que se utilizan con mayor frecuencia en la industria, adems de que son los que podemos encontrar ms comercialmente en alta eficiencia. Eficiencia de un Motor Una caracterstica fundamental de todo equipo elctrico es su eficiencia, es decir, su capacidad para convertir en trabajo la energa que reciben. Bsicamente un motor es una mquina que convierte la energa elctrica en energa mecnica. Por lo tanto, es de suma importancia que la energa que recibe de la alimentacin, se convierta en trabajo y se transmita en su totalidad a travs del movimiento de la flecha del motor. Sabemos que lo anterior es imposible. Ya que durante la operacin de cualesquiera equipo elctrico, se produce prdida de energa por diferentes conceptos.Para el caso de los motores elctricos, en la actualidad se estn fabricando motores denominados de alta eficiencia, con lo cual, los motores utilizados normalmente se les llama motores de eficiencia estndar. Estos motores de alta eficiencia, tienen un menor consumo de energa, para transmitir la misma potencia en su flecha que un motor de eficiencia estndar. Para poder hablar de alta eficiencia o eficiencia estndar, es necesario que definamos lo que es eficiencia y que es lo que provoca que esta disminuya o se incremente. La eficiencia de un motor se define como:

Los motores estndar tienen una eficiencia que vara entre el 80 y 90%, mientras que en los motores de alta eficiencia, esta vara entre 87 y 96%. La potencia de entregada en la flecha por un motor nunca podr ser igual a la potencia recibida en la alimentacin, esto se debe a que durante el proceso de conversin se producen prdidas de energa.

VARIADORES DE FRECUENCIA

Un variador de frecuencia (siglas VFD, del ingls: Variable Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentacin suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son tambin conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).Principio de funcionamientoLos dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad sncrona de un motor decorriente alterna(CA) est determinada por la frecuencia de CA suministrada y el nmero de polos en elestator, de acuerdo con la relacin:

DondeRPM= Revoluciones por minutof= frecuencia de suministro CA p= Nmero de polosControlador del VFDEl controlador de dispositivo de variacin de frecuencia est formado por dispositivos de conversin electrnicos de estado slido. El diseo habitual primero convierte la energa de entrada CA en CC usando un puente rectificador. La energa intermedia CC es convertida en una seal quasi-senoidal de CA usando un circuito inversor conmutado. El rectificador es usualmente un puente trifsico de diodos, pero tambin se usan rectificadores controlados. Debido a que la energa es convertida en continua, muchas unidades aceptan entradas tanto monofsicas como trifsicas (actuando como un convertidor de fase, un variador de velocidad).Tan pronto como aparecieron los interruptores semiconductores fueron introducidos en los Variadores de Frecuencia, ellos han sido aplicados para los inversores de todas las tensiones que hay disponibles. Actualmente, los transistores bipolares de puerta aislada (IGBTs)son usados en la mayora de circuitos inversores.Las caractersticas del motor CA requieren la variacin proporcional del voltaje cada vez que la frecuencia es variada. Por ejemplo, si un motor est diseado para trabajar a 460 voltios a 60 Hz, el voltaje aplicado debe reducirse a 230 volts cuando la frecuencia es reducida a 30 Hz. As la relacin voltios/hertzios deben ser regulados en un valor constante (460/60 = 7.67 V/Hz en este caso). Para un funcionamiento ptimo, otros ajustes de voltaje son necesarios, pero nominalmente la constante es V/Hz es la regla general. El mtodo ms novedoso y extendido en nuevas aplicaciones es el control de voltaje por PWM.

DESARROLLO

Experiencia n1:

1) tensin continua con el alternador detenido.2) impulsar el sistema a: 10; 20; 30; 40; 50; 60 Hertz.3) verificar frecuencia y verificar tensin continua. Lmites de carga.4) elegir una frecuencia y aplicar cargas continuas.Frecuencia [Hz]Tensin [V]Tensin motor en vaco [V]Lmites de frecuencia [Hz]Frecuencia escogida

Motor verde101313inferiorsuperiorHzTensin [V]

2013342242

3014.5

4014.5

5015

6015

Tabla 1.

Frecuencia [Hz]Tensin [V]Tensin motor en vaco [V]Lmites de frecuencia [Hz]Frecuencia escogida

Motor azul1013.814inferiorsuperiorHzTensin [V]

201440224214.8

3014

4014.8

5014.8

601.48

Tabla 2.Experiencia n2:Graficar rendimiento v/s corriente. (Comparar motor verde con motor azul)Motor verde:N cargas (ampolletas)Tensin [V]Corriente [A]Potencia 1 [W]Potencia 2 [W]Corriente Ir [A]

Chicasgrandes

00151-14.781335.4001.585

1015215.814295.8001.683

11153.545.711315.7001.692

21154.513.857300.6001.768

22156.536.128321.2001.786

32157.544.031328.5001.815

33159.264.142439.0001.832

43159.9149.900392.6001.933

441512163.000413.5002.227

Tabla 3Motor azul:

N cargas (ampolletas)Tensin [V]Corriente [A]Potencia 1 [W]Potencia 2 [W]Corriente Ir [A]

Chicasgrandes

0014.71.0-44.570290.1001.658

1014.72.0-15.865279.2001.747

1114.74.08.020307.2001.771

2114.74.528.164300.5001.799

2214.76.545.952362.0001.830

3214.77.579.440376.8001.990

3314.79.2157.400411.9002.070

4314.710.0129.700419.0002.170

4414.712.0215.200460.7002.180

Tabla 4.

Graficar tensin v/s frecuencia. (Comparar motor verde con motor azul)Motor verde:

Frecuencia [Hz]Tensin lnea a lnea [Vll] rms

1050.516

2093.726

30136.300

40178.000

50219.600

60220.000

Tabla 5.

Motor azul:

Frecuencia [Hz]Tensin lnea a lnea [Vll] rms

1050.871

2093.101

30135.100

40177.100

50218.100

60219.100

Tabla 6.

Experiencia n3:

1) Analizar el comportamiento de las maquinas con carga constante a 40;45 y 50 Hz.2) Calcular el factor de potencia de las maquinas con el mtodo de los dos wattmetros. Graficar FP v/s Hz.3) Observaciones y conclusiones.

Obs: a media carga y a plena carga.

Motor azul

Plena carga:

[Hz][Ir][Vr][W1][W2][Ia][Va]

402.11711583667.512.5

452.51902374881113

502.82042806111314

Tabla 7.

Media carga:

[Hz][Ir][Vr][W1][W2][Ia][Va]

401.91751253496.513

451.93193192438814

501.8272201375017.514.4

Tabla 8.

Motor verde:

Plena carga:

[Hz][Ir][Vr][W1][W2][Ia][Va]

402.281731654038.514

452.671922475121215

502.1021913240112.515

Tabla 9.

Media carga:

[Hz][Ir][Vr][W1][W2][Ia][Va]

402.281741593877.515

452.031971183757.515

501.87217373577.515

Tabla 10.

1) Cmo asocia un circuito elctrico de un automvil con el mdulo ensayado en clase?

El modulo ensayado en clases se asocia bastante al circuito elctrico de un automvil partiendo desde el generador sincrnico del mdulo ensayado el cual representa el alternador de un automvil cuya corriente alterna es transformada en corriente continua para as cargar una batera la cual alimenta distintas cargas entre ellas ampolletas y un encendedor en cuanto a lo que es el modulo ensayado y estas cargas y otras ms (radio, limpiaparabrisas, medidores, etc.) en el automvil. En cuanto no se est generando energa esta batera se va a ir descargando (cuando se de contacto y se est ocupando energa por alguna de las cargas) salvo que comience a generar energa el alternador con la ayuda de un motor y se est cargando la batera y utilizando parte de esta en el consumo de las cargas.

2) Indique teora del motor de induccin trifsico estndar y de alta eficiencia.

El principio de funcionamiento del motor de induccin trifsico estndar es el mismo principio de funcionamiento que el motor de alta eficiencia, estos poseen diferencias en aspectos constructivos los cuales conducen a que uno sea de mayor eficiencia que el otro (materiales de alta calidad y un mejor proceso de fabricacin), entre estos aspectos cabe mencionar los siguientes:

Mayor cantidad de cobre: lo que permite disminuir las prdidas por efecto joule las cuales son proporcionales a la resistencia y esta al aumentar la seccin del conductor disminuye (perdidas en el estator). Lamina magntica con bajas perdidas: lo que reduce la corriente magnetizante y consecuentemente las perdidas en el hierro. Bobinado doble cmara: mejor disipacin de calor. Rotores tratados trmicamente: reduce las perdidas suplementarias. Menor distancia de entre hierro: reduce perdidas magnticas y por friccin al aire con el rotor.Claramente estos aspectos constructivos optimizados son los que influyen en un ahorro energtico, tambin cabe destacar otra caracterstica positiva del motor de alta eficiencia con respecto al estndar: Mayor tiempo de vida til: por ser un motor de bajas perdidas permite que la temperatura sea baja y as dure ms tiempo.

3) Grafique el rendimiento a una frecuencia de 50 Hz de un motor estndar y de alta eficiencia en un mismo grfico, indicando los datos de placa de ambos.

VHzKW(HP)Acos

220500.37(0.50)9052.050.75

3801.19

s1Amr 40Csfa

AH 1000 m.a.s.lSt 1.15

Tabla 11.datos de placa motor estndar (azul).

VHzKW(HP)Acos

220500.37(0.50)9251.060.76

3801.19

s1Amr 40Csfa

AH 1000 m.a.s.lSt 1.15

Tabla 12.datos de placa motor alta eficiencia (verde).

4) A qu se debe la forma de la curva V vs Frec. que entrega el variador de frecuencia ensayada? Justifique.

La forma de la curva V vs Frecuencia que entrega el variador de frecuencia ensayada para el motor de alta eficiencia y para el motor estndar es casi idntica en ambos casos, esta presenta una zona la cual es aproximadamente lineal y luego una zona que representa saturacin donde esta curva se desplaza hasta tener una pendiente aproximadamente cero. Segn la ecuacin:

Dnde:

B: densidad de flujo magnticoVef: Voltaje eficazN: Numero de vueltasA: reaF: frecuencia

Esto consiste en la variacin de la frecuencia, la cual al ser variada, produce una variacin en la tensin, dichas variables varan linealmente para mantener constante el torque (al aumentar la frecuencia aumenta la velocidad y la potencia tambin aumenta) pero despus de la frecuencia nominal del motor (50 Hz), se produce una inclinacin de la curva la cual posee casi pendiente nula (el motor se comienza a saturar), si se llegase a mantener la misma tensin eficaz el motor se saturara lo que ocasionara un dao para el motor. Cabe destacar que el variador de frecuencia permite obtener una regulacin en la velocidad del motor y tambin un ahorro energtica.

CONCLUSINEl variador de frecuencia es de gran utilidad en el sector industrial ya que permite un manejo de la velocidad de los motores, logrando en ellos ahorros energticos considerables, no posee grandes prdidas de energa ya que es un dispositivo electrnico y su consumo de energa elctrica es reducido, permite lograr un arranque suave en el motor para que no ocurra un pico de corriente (hasta 8 veces la nominal) en la partida, la principal desventaja que posee el variador de frecuencia es la gran cantidad de armnicos que genera lo que provoca una contaminacin en la red.

BIBLIOGRAFA