IE-0416 Laboratorio de Máquinas Eléctricas I
Guía de Laboratorio
Práctica #12: Motor de Inducción de Rotor Devanado
Motor de Inducción de Rotor Devanado
Resistencia rotórica y la curva par-velocidad
Curso:
Documento:
Laboratorio de Máquinas Eléctricas I
ie0416.practica #12.2007-2.doc
Elaborado por:
Ing. Mauricio Céspedes Moya
Revisado por:
Horas Lectivas
3
07 ago. 07
Fecha
Sigla:
IE-0416
Ing. Franklin Chinchilla, PhD.
Ing. Gustavo Valverde Mora
Ing. Oscar Núñez Mata
2007-2
Versión
1. El motor de inducción y la resistencia del rotor.
Una limitación inherente de los motores de inducción de jaula de ardilla es su resistencia de rotor
constante. La alta eficiencia en condiciones de funcionamiento normal requiere una baja resistencia del
rotor; no obstante, una baja resistencia del rotor produce un bajo par de arranque y una alta corriente con
un bajo factor de potencia en el arranque[2]. El uso de un motor de rotor devanado es una solución
apropiada para los problemas señalados anteriormente.
Las terminales del rotor en un motor de rotor devanado se conectan con anillos colectores que están en
contacto con escobillas o terminales deslizantes generalmente de grafito. Para el arranque, se conectan
resistencias en serie con los devanados del motor y el resultado es un par de arranque incrementado y una
corriente de arranque reducida con un factor de potencia mejorado.
Las características de par-velocidad para un motor de inducción con resistencia rotórica variable
aparecen en la Figura 1.
Figura 1: Característica par-velocidad en un motor de inducción de 4 polos con resistencia rotórica variable
Escuela de Ingeniería Eléctrica. UCR
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Departamento de Sistemas de Potencia
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Mediante el uso del valor apropiado de resistencia del rotor es posible hacer que el par máximo ocurra
en reposo si se requiere un alto par de arranque. Conforme el motor acelera, las resistencias externas
pueden disminuirse, lo cual hace que el par máximo esté disponible durante el periodo de aceleración.
La desventaja esencial del motor de inducción con rotor devanado es su mayor costo adquisitivo y de
mantenimiento, pues posee una mayor complejidad constructiva frente al motor de inducción con rotor de
jaula de ardilla.
2. Control de velocidad en motores de inducción
Para un motor de inducción con rotor de baja resistencia, el deslizamiento crítico generalmente es
menor de 10%. Para este motor, la regulación de velocidad puede encontrarse dentro de un 5%. Para todo
fin práctico, es posible referirse a un motor de inducción de resistencia baja como un motor de velocidad
constante[3]. Por tanto es necesario conocer algunos de los métodos disponibles para variar su velocidad de
operación.
•
Control de la frecuencia
Si se cambia la frecuencia eléctrica aplicada al estator de un motor de inducción, la velocidad de
rotación de sus campos magnéticos cambiará en proporción directa [1]. Este método permite obtener una
amplia variación en la velocidad de trabajo de cualquier motor de inducción.
•
Cambio del número de polos del estator
Este método es sólo apropiado para motores de inducción con jaula de ardilla. En este caso, el estator
puede devanarse con dos o más devanados totalmente independientes. Cada devanado corresponde a un
número diferente de polos, y por tanto, distinta velocidad síncrona. Aunque un tanto limitado, este método
de control de velocidad proporciona una buena regulación y una alta eficiencia a cualquier velocidad. Este
método se ha utilizado en el diseño de motores de tracción y motores de ascensores[3].
•
Control de la resistencia del rotor
Este método de control de velocidad es únicamente apropiado para motores de rotor devanado. La
velocidad de operación del motor puede reducirse agregando una resistencia externa en el circuito del
rotor. Sin embargo, el aumento en la resistencia del rotor ocasiona a) aumento en las pérdidas por
conducción en el rotor, b) aumento en la temperatura de operación del motor y c) reducción de la
eficiencia del motor. Debido a las desventajas indicadas, este método de control de velocidad sólo puede
usarse durante periodos breves y se justifica sólo en el arranque de cargas muy pesadas.
•
Control de voltaje del estator
Se puede lograr una reducción o un aumento en la velocidad de operación de un motor de inducción si
se disminuye o incrementa el voltaje aplicado. Sin embargo, el alcance de éste método es limitado pues
para lograr un cambio apreciable en la velocidad se requiere un cambio relativamente grande en el voltaje
aplicado y debe recordarse que el par de la máquina se disminuye con el cuadrado de la disminución del
voltaje.
•
Introducción de una fem en el circuito del rotor
La velocidad de un motor de inducción con rotor devanado también puede cambiarse introduciendo
una fem en el circuito del rotor. Para que opere en forma adecuada, la frecuencia de la fem que se
introduce debe ser de igual a la frecuencia del rotor[3].
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3. Equipo
•
Fuente de alimentación y cables.
•
Tacómetro de mano.
•
Amperímetro de gancho (con registrador de picos).
•
Módulo de adquisición de datos (voltDC, ampDC, voltAC, ampAC y varímetro3Φ).
•
Motor de inducción trifásico con rotor devanado.
•
Reóstato trifásico.
•
Electrodinamómetro y banda.
4. Procedimiento
1)
Conecte el motor de inducción de rotor devanado a la fuente de alimentación.
2)
Realice las pruebas necesarias para determinar los parámetros del circuito equivalente del motor.
Note que la resistencia del rotor puede ser ahora medida directamente sin realizar estimaciones.
3)
Seleccione y marque cuatro valores de resistencia diferentes en el reóstato trifásico. Para ello
realice una medición de resistencia con los instrumentos del laboratorio y señale cerca del control
móvil del reóstato la posición del indicador.
4)
Para cada posición del reóstato:
a. Registre los valores solicitados en la Tabla 1.
b. Varíe la carga aplicada a la flecha desde una condición de vacío hasta un valor que
produzca una sobrecarga del 125% en la corriente del estator a tensión constante (debe
cuidar también la corriente del rotor). Debe registrar en el barrido: las tensiones y
corrientes del estator, la potencia de entrada, la velocidad y el par en la flecha.
5)
Grafique las cuatro características de par-velocidad experimentales y teóricas.
6)
Analice además la eficiencia en el control de velocidad con resistencia rotórica.
Tabla 1: Características de arranque en un motor de inducción trifásico de rotor devanado de _____ V, _____ rpm,
_____ Hz y _____ hp al variar la resistencia del rotor con un reóstato trifásico externo.
Posición del
Reóstato
R1
R2
R3
R4
Resistencia (Ω) DC
REXTERNA RROTOR
Corriente de Arranque
(APICO)
Par de Arranque
(N·m)
5. Referencias
[1] Chapman, S. Máquinas Eléctricas. Cuarta Edición, McGraw-Hill, México, 2005, págs. 438, 444.
[2] Fitzgerald, A.; Máquinas Eléctricas. Sexta Edición, McGraw-Hill, México, 2003, págs. 340-341.
[3] Guru, B.; Hiziroğlu, H.; Máquinas Eléctricas y Transformadores. Tercera Edición, Oxford, México,
2003, págs. 550-553.
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