¡Descarga Práctica sobre Motores Síncronos: Objetivos, Funcionamiento y Características y más Apuntes en PDF de Sistemas Eléctricos solo en Docsity!
PRÀCTICA 5
MOTOR ASÍNCRON ó D’INDUCCIÓ
1 OBJECTIUS.
Els objectius principals d’aquesta pràctica són:
- visualitzar les parts constructives del motor i el camp magnètic giratori.
- interpretar les dades de la placa de característiques.
- efectuar el connexionat d’un motor d’inducció.
- comprovar l’estat dels seus bobinats.
- veure mètodes per limitar el pic de corrent a l’engegada.
- utilitzar convertidors electrònics per la regulació de la velocitat.
2 INTRODUCCIÓ TEÒRICA.
2.1 PRINCIPI DE FUNCIONAMENT: CAMP MAGNÈTIC GIRATORI
El motor asíncron ó motor d’inducció és actualment el motor elèctric més utilitzat, principalment el motor trifàsic en aplicacions industrials.
Està constituït per:
- estator trifàsic, amb el bobinat distribuït en ranures.
- rotor de gàbia d’esquirol, amb el bobinat tancat.
- en el motor de rotor de gàbia, no hi ha connexions del rotor cap a l’exterior.
L’estator genera un camp magnètic variable i giratori, que gira a la velocitat anomenada velocitat síncrona (ns), en rpm ó min-1:
on: f = freqüència del corrent altern. p = nombre de parells de pols del bobinat de l’estator.
Pel rotor hi circulen els corrents induïts que hi circulen de forma automàtica. La força sobre aquests conductors fa girar el rotor en el mateix sentit que el camp magnètic giratori, però a una velocitat lleugerament inferior a la de sincronisme (n). La diferència entre les dos velocitats s’expressa amb el paràmetre anomenat lliscament (s), que s’expressa en pu ó en %:
Per invertir el sentit de gir del motor, simplement cal canviar la seqüència de fases del sistema trifàsic d’alimentació (permutant dos de les tres fases del sistema).
p
f 60
ns
s
s
n
n n
s
n ns 1 s
2.2 PLACA DE CARACTERÍSTIQUES
Els paràmetres nominals fixats pel fabricant del motor s’identifiquen en la seva placa de característiques. A més de codis propis de cada fabricant i de referències constructives, els paràmetres que pràcticament sempre consten en la placa de característiques són (veure com a exemple la Figura 1):
- Potència nominal.
- Velocitat nominal.
- Freqüència nominal.
- Tensions i corrents nominals (és habitual que es donin els valors nominals per cada tipus de connexió, estrella i triangle).
- Factor de potència nominal.
Figura 1: Placa de característiques d’un motor d’inducció trifàsic.
2.3 CONNEXIONAT DELS MOTORS ELÈCTRICS TRIFÀSICS
En el cas de motors de corrent altern trifàsics, habitualment trobarem les designacions següents en la placa de bornes:
- Connexions de cada fase: U1-U2 , V1-V2 , W1-W2. De vegades s’utilitza: U-X , V-Y , W-Z.
En la figura 2 es veu com s’efectuen la connexió en estrella i la connexió en triangle.
- Mitjançant un polsador de marxa s’envia senyal de tancament als contactors KM1 i KM3 (contactor de la connexió estrella).
- Passat un temps, que es regula mitjançant un temporitzador, s’obre el contactor KM3 i es tanca el contactor KM4 (contactor de la connexió en triangle).
- El motor queda funcionant de manera permanent connectat en triangle, fins que no s’ordeni la seva parada mitjançant un polsador d’aturada.
Figura 3: Esquema de connexions mitjançant contactors de l’engegada estrella-triangle.
- Engegada electrònica.
Hi ha equips electrònics específics que fan aquesta funció, variant la tensió aplicada en borns del motor. S’utilitzen reguladors de corrent altern amb tiristors i control d’angle de fase (Figura 4). Aquest sistema permet efectuar una engegada més suau i progressiva, així com la possibilitat de modificar i ajustar diversos paràmetres (tensió inicial, temps d’engegada,...) en funció de les necessitats de la càrrega (Figura 5).
És un sistema d’engegada molt efectiu i adaptable a diferents tipus de càrrega. L’inconvenient és la inversió econòmica necessària per l’adquisició de l’equip electrònic.
Figura 4: Regulador de corrent altern, amb dos tiristors en antiparal·lel en cada fase.
Figura 5: Exemple de l’evolució de la tensió durant el temps d’engegada.
2.5 VARIACIÓ ELECTRÒNICA DE LA VELOCITAT
Actualment la velocitat variable no és únicament una necessitat d’alguns processos industrials (indústria del paper, cable, tracció, màquines-eina,...), ja que hi ha sectors en que es pot utilitzar la velocitat variable, encara que no sigui necessària pel procés, ja que comporta importants estalvis energètics.
La velocitat del motor, a partir de les equacions vistes anteriorment, ve donada per l’expressió següent:
Els equips electrònics utilitzats industrialment s’anomenen inversors, onduladors ó directament variadors de freqüència, ja que actuen directament sobre la freqüència aplicada a les fases del motor (Figura 6).
XARXA TRIFÀSICA
Tiristor
f 60
n = (1- s)
p
3 REALITZACIÓ DE LA PRÀCTICA.
3.1 CONSTITUCIÓ I CAMP MAGNÈTIC GIRATORI (demostratiu)
Mitjançant un equip didàctic de màquines elèctriques, observeu les parts constructives que conformen un motor d’inducció trifàsic (Figura 8):
Figura 8: Estator i rotor del motor d’inducció corresponents a l’equip didàctic.
S’alimentarà el bobinat de l’estator a partir d’un sistema trifàsic de corrents des de la xarxa industrial. Comproveu la velocitat del camp magnètic giratori mitjançant una brúixola i un tacòmetre (Figura 9):
Figura 9: Mesura de la velocitat del camp magnètic giratori.
A partir de la velocitat mesurada: Quants pols té el bobinat del motor?
Munteu el rotor a la bancada. Poseu en marxa el motor.
Mesureu la velocitat de gir amb el tacòmetre. Compareu aquesta velocitat del rotor amb la velocitat del camp magnètic giratori.
3.2 PLACA DE CARACTERÍSTIQUES
A partir d’alguna placa de característiques de les màquines del laboratori (per exemple, la de la Figura 10), s’interpretaran les seves dades nominals principals (potència útil, tensió, corrent, freqüència i factor de potència).
Figura 10: Exemple de placa de característiques d’un motor d’inducció trifàsic.
A partir d’aquestes dades, calculeu alguns paràmetres de funcionament derivats dels mateixos:
- Velocitat síncrona i nombre de pols:
- Parell (M), on Ω és la velocitat en rad/s:
- Potència absorbida (Pab):
- Rendiment (η):
A continuació, efectueu primer la connexió en estrella i posteriorment la connexió en triangle en el motor d’inducció trifàsic, tal com s’indica a la Figura 12, mesurant en cada cas la resistència vista des de l’entrada (vista des de la indicació xarxa en la Figura):
Figura 12: Connexions triangle i estrella del motor de corrent altern trifàsic.
Podeu anotar les mesures efectuades en la taula següent:
R (R-S) R (S-T) R (T-R)
ESTRELLA
TRIANGLE
Per a les dues connexions, estrella i triangle, determineu la relació existent entre la resistència mesurada entre dues fases i la resistència mesurada de cada una de les fases directament.
3.4 ENGEGADA
1) Engegada directa Efectueu l’engegada directa del motor d’inducció trifàsic (motor connectat en triangle i aplicació de cop de la tensió nominal de la connexió en triangle). Feu el següent muntatge (Figura 13):
Figura 13: Connexions per l’engegada directa del motor de corrent altern trifàsic.
Alimenteu el motor i observeu el corrent de pic marcat per l’amperímetre (ó mètode de mesura del corrent que hi hagi instal·lat).
Nota: Cal tenir en consideració que el motor no funcionarà en condicions nominals, ja que no tindrà cap càrrega acoblada a l’eix (funcionament en buit).
2) Engegada estrella-triangle Efectuarem l’engegada estrella-triangle a partir d’un equip industrial amb contactors. Feu el muntatge següent (Figura 14):
Figura 14: Connexions per l’engegada estrella-triangle amb equip industrial.
XARXA TRIFÀSICA
XARXA TRIFÀSICA
ARRENCADOR ESTRELLA - TRIANGLE (amb contactors)
R
S
T
3.5 VARIACIÓ DE LA VELOCITAT
Efectuarem la variació de velocitat electrònica a partir d’un equip industrial. Connectarem un convertidor de freqüència en el motor d’inducció utilitzat anteriorment. Feu el muntatge següent (Figura 16):
Figura 16: Connexions per la variació de velocitat electrònica amb equip industrial.
Poseu en marxa el motor (funcionament en buit) des del convertidor de freqüència. Observeu com s’efectua la selecció de freqüència des del panel de comandament de l’equip.
A partir dels aparells de mesura de l’esquema de la Figura 16:
- Varieu la freqüència, segons els valors de la taula adjunta, i preneu les lectures indicades. Mesureu la velocitat en cada punt amb el tacòmetre.
- Calculeu la relació V 0 /f per les diferents consignes de freqüència aplicades.
Freqüència (Hz)
Velocitat (rpm)
Tensió d’entrada Vi (V)
Tensió en el motor V 0 (V)
Relació V 0 /f
CONVERTIDOR DE FREQÜÈNCIA
(al motor)
