TESINA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
“PRUEBAS A MOTORES ELECTRICOS DE INDUCCION”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
PRESENTAN:
GERARDO LUGO PONCE
JULIO CESAR MORALES TOTOSAUS
ASESOR:
ING. CLAUDIO VELAZQUEZ ACEVEDO
POZA RICA, VER.
2003
Agradecimientos
A Dios: Doy gracias a Dios por permitirme tener
a mis padres y a mis hermanos así como
también darme la oportunidad de haber
llevado a cabo uno de mis propósitos en esta vida.
A mis padres: Sr. Froylan Lugo Velásquez
Sra.: Ma. Magdalena Ponce Meraz
Por haberme dado la vida, por haberme educado,
por haberme mostrado el camino hacia la superación. Los quiero
A mis hermanos: Julio César y Víctor Froylan
Porque con ustedes crecí y me han dado
su apoyo a lo largo de mi vida. Los quiero.
A mis tíos: Gracias por su motivación. Los adoro.
A mis sobrinos: Por su alegría, cariño
y tierno amor.
Los adoro.
A mis abuelitos: Por su enorme cariño que me han dado.
Que Dios los bendiga siempre
Gerardo Lugo Ponce
Agradecimientos
A Dios: Por darme la vida y una hermosa familia
y permitirme culminar mis estudios.
A mis padres: Sr. Esteban Morales Pérez
Sra.: Dora Ma. Totosaus Tepate
Por todos sus esfuerzos y sacrificios
que realizaron a lo largo de mi formación profesional,
por su gran amor, confianza y apoyo.
Los quiero mucho y Dios los bendiga siempre.
A mis hermanos: David, Jocabeth, Esteban y Saribet.
Por los momentos buenos y malos
que pasamos juntos de niños y adolescentes.
Los quiero.
A mi esposa: Por el amor y compañía,
por creer en mi y darme todo el apoyo.
Gracias.
A mis hijas. Diana Laura y Brenda Patricia
Por son el amor de mi vida y me dan
la fortaleza para seguir adelante.
Las
amo.
A mi sobrino: Enrique Morales Vázquez
Por su cariño.
Julio Cesar Morales Totosaus
Agradecimientos
A la Universidad Veracruzana: En especial a la Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica,
por todos los conocimientos que nos brindaron.
Muy especial a nuestro asesor: Ing. Claudio Velásquez Acevedo.
Por todo el apoyo, información, dedicación y ayuda profesional que
nos brindo para la realización y elaboración de este trabajo.
Gracias Ingeniero,
A nuestro jurado: Ing. Ramón Chazado Aparicio
Ing. Claudio Velásquez Acevedo
Ing. Blas Guzmán Pérez
Ing. José Luis Juárez Suárez
Por su apoyo brindado y valiosos consejos,
Que Dios los bendiga
INDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN
CAPITULO I ................................................................................................................1
Justificación ................................................................................................................2
Naturaleza, Sentido y Alcance de Trabajo ...................................................................3
Enunciación del Tema ..................................................................................................4
Explicación del Estructura del Trabajo ........................................................................5
CAPITULO II: DESARROLLO DEL TEMA…...............................................................6
Planteamiento del Tema de la Investigación ...............................................................7
Marco Contextual .........................................................................................................8
MARCO TEORICO ....................................................................................................9
Sub-Tema 1. Fundamentos Teóricos ...........................................................................9
1.1.
Principio del Motor de Inducción ......................................................9
1.2.
Producción de un Campo magnético Giratorio
por Aplicación de Corriente Alterna .............................................. 11
Sub-tema 2. Partes que integran un Motor de Inducción ...........................................15
2.1.
Armazón ........................................................................................15
2.2.
Estator .......................................................................................... 16
2.3.
Rotor ..............................................................................................16
Sub-tema 3. Leyes en que se Fundamenta ...............................................................20
3.1.
Conversión de Energía Electromagnética .....................................20
3.2.
Relación entre Inducción Electromagnética y
Fuerza Electromagnética ...............................................................21
3.3.
Ley de Faraday de Inducción Electromagnética ...........................21
3.4.
Factores que Afectan la Magnitud de la Fuerza
Electromotriz Inducida ...................................................................23
3.5.
Ley de lenz ....................................................................................24
3.6.
Fuerza Electromotriz y Factores que la Afectan ............................25
3.7.
Dirección de la Fuerza Electromagnética ......................................26
3.8.
Fuerza Contraelectromotriz ...........................................................27
Sub-tema 4. Pruebas de rutina ................................................................................. 29
4.1.
Inspección visual ...........................................................................29
4.2.
Prueba de Vacío ...........................................................................29
4.3.
Prueba de Potencial Aplicado .......................................................33
4.4.
Resistencia de Aislamiento ...........................................................34
4.5.
Prueba de Vibración ......................................................................37
Sub-Tema 5. Pruebas Complementarias ...................................................................41
5.1.
Prueba de Par, Potencia y Corriente de Arranque
a Rotor Bloqueado ........................................................................41
5.2.
Prueba de Nivel de Ruido ..............................................................44
5.3.
Prueba de Prototipo .......................................................................45
5.4.
Potencia Nominal y Corriente Plena Carga ..................................45
5.5.
Incremento de Temperatura ..........................................................45
5.6.
Prueba de Sobrevelocidad ............................................................50
Sub-Tema 6. Reporte de Pruebas a Realizar ............................................................52
Sub-Tema 7. Llenado de Formatos ...........................................................................58
Análisis Critico de los Diferentes Enfoques ...............................................................67
CAPITULO III ............................................................................................................68
Conclusiones y Recomendaciones ............................................................................69
Bibliografía .................................................................................................................70
Apéndices 1 ................................................................................................................71
Apéndices 2.................................................................................................................74
Apéndices 3.................................................................................................................77
Apéndices 4 ................................................................................................................78
Apéndices 5 ................................................................................................................79
Apéndices 6 ................................................................................................................82
Apéndices 7 ................................................................................................................83
Apéndices 8 ................................................................................................................84
Apéndices 9 ................................................................................................................85
INTRODUCCIÓN
En los últimos años debido al interés de las empresas y el gobierno por el ahorro de
energía,
es importante conocer el comportamiento de una de las principales
máquinas consumidoras de energía eléctrica como son los motores de inducción
Por tal motivo este reporte examina la variedad de pruebas eléctricas
a que deben
ser sometidas para asegurar su funcionamiento y conocer la energía que consume
según la carga que tenga aplicada.
Este trabajo esta dedicado a personas que realizan estudios en busca de convertirse
en Ingeniero o Técnico de laboratorio de pruebas a motores de inducción, así como
al estudiante de ingeniería y a todas aquellas personas que hayan terminado su
educación técnica o profesional, y para toda persona interesada en pruebas a
motores de inducción. Además de que los presentes apuntes puedan servir como un
material de apoyo para los futuros ingenieros, esperando cumplir con el propósito de
motivar al estudiante a continuar investigando y aprendiendo del amplio e interesante
mundo de pruebas a motores.
CAPÍTULO I
1
JUSTIFICACIÓN:
El desarrollo de este tema esta enfocado en la obtención de información de
fundamentos teóricos, leyes, métodos de pruebas, elaboración de reportes y
llenado de formatos, necesarios en la realización de las diferentes pruebas
realizadas a motores de inducción, y a su vez, esta información recopilada
quede al alcance de aquellas personas interesadas en ella.
2
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO.
Sabemos que una de las fuentes principales para impulsar los diferentes
tipos de equipo industrial es el motor eléctrico de inducción, ha llegado a
relacionarse tan íntimamente con la impulsión de los elementos de las
maquinas que en la mayoría de los casos se incluye como parte integral del
diseño de ellas.
Por lo que el sentido del presente trabajo es proporcionar una información
basadas en fundamentos teóricos y leyes para llevar a cabo los diferentes
métodos de pruebas (determinación de perdidas en vació, determinación del
par de arranque y relaciona de voltaje del estator y rotor), a los motores de
inducción.
En este trabajo se pretende dar toda la información necesaria de los métodos
de prueba a los motores de inducción y así lograr que esta información este
al alcance de aquellas personas que se interesen en la misma.
3
ENUNCIACIÓN DEL TEMA.
El uso tan enormemente extendido del motor de inducción es debido
principalmente a la sencillez de su construcción , a su robustez, seguridad de
funcionamiento y que tienen como características una velocidad constante o
sea, que la velocidad es substancialmente independiente de la carga dentro
de los limites normales de trabajo.
Por eso en este trabajo se contemplan diferentes aspectos basados en
fundamentos teóricos y métodos de prueba a dichos motores para con esto
una mayor eficacia y un mejor rendimiento de los mismos.
4
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO.
El motor de inducción se puede definir como el elemento que convierte la
energía eléctrica en energía mecánica por el principio de inducción
electromagnética.
Por todo lo antes mencionado, los métodos de pruebas a los motores de
inducción deben ser considerados con importancia ya que el motor de
inducción, tiene su principal aplicación en la industrias en donde aparece
como elemento primario en formas variadas y se selecciona por su
simplicidad, confiabilidad y bajo costo. Estos factores se combinan con
buena eficiencia, capacidad de sobrecarga y un mantenimiento con
requerimientos mínimos; logrando así una fuente ideal para aplicarlo a las
maquinas de la industria actual.
Por consiguiente la presente tesina consta de tres capítulos los cuales
brindan atención hacia su naturaleza, sentido y alcance, para posteriormente
contextualizar teóricamente y fundamentar un análisis crítico constructivo de
la importancia que tiene ese tipo de métodos de pruebas a los motores de
inducción.
5
CAPÍTULO II
DESARROLLO DEL TEMA
6
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN.
El desarrollo del trabajo sobre los métodos de pruebas de motores de
inducción deben ser considerados con mucha importancia a que los motores
de inducción son considerados como una de las fuentes principales de
energía para impulsar los diferentes tipos de equipo industrial.
Por todo lo anterior esa investigación se lleva a cabo tomando fundamentos
teóricos, (como el principio del motor de inducción, partes que lo constituyen,
leyes en que se fundamentan, etc.) métodos de pruebas, reportes y
resultados de actividades realizadas.
7
MARCO CONTEXTUAL.
Es innegable que los métodos de pruebas a los motores de inducción
desempeñan un papel fundamental en el desarrollo industrial, ya que con
estos se pueden probar la eficiencia y calidad de los motores de inducción
para así satisfacer las necesidades de los diferentes usos que se tienen en
las maquinas de la industria actual y además ser tomadas en los diseños de
las modernas maquinas con un futuro de mayor utilización.
8
MARCO TEORICO
SUB-TEMA 1 FUNDAMENTOS TÉORICOS
1.1 PRINCIPIO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
Esto se lleva acabo cuando un imán permanente esta suspendido encima
de una lámina de cobre
o aluminio que pivotea sobre una serie
de
rodamientos en una placa de hierro fija. El campo del imán permanente se
completa a través de la placa de hierro. El pivote debe presentar un mínimo
rozamiento
y el imán
permanente
debe de ser de
densidad de flujo
suficiente. Cuando el imán gira, el disco situado debajo de él gira con él .El
disco sigue el movimiento del imán, debido a las corrientes parásitas
inducidas
producidas
por el movimiento relativo
entre el conductor (el
disco) y un campo magnético. Esto se observa en la figura 1.1
Figura 1.1
por la ley de Lenz, el sentido de la tensión inducida y las consecuentes
corrientes parásitas, originan un campo que tiende a oponerse a la fuerza o
movimiento que produce la tensión inducida, en efecto, dichas corrientes
producen un polo sur en el disco en aquel punto situado bajo el polo norte
9
giratorio del imán y un polo norte en el punto del disco situado debajo del
polo sur giratorio del imán. Mientras el imán
continúe
moviéndose, por
consiguiente, se continuarán produciendo corrientes parásitas y polos de
polaridad opuesta en el disco situado debajo de él. Por tanto el disco gira
en el mismo sentido que el imán, pero debe de girar a una velocidad menor
que la del imán. Si el disco girase a la
entonces no habría
misma velocidad
que el imán,
movimiento relativo entre el conductor
y el campo
magnético y no se producirán corrientes parásitas en el disco debido al
efecto de generador que produce corrientes y un campo magnético opuesto
resultante. El motor de inducción puede clasificarse como máquina
doblemente excitada. Más aun, al igual que en todas las máquinas, el par
electromagnético es el resultado de la interacción entre los campos
magnéticos producidos
por las
dos corrientes
de excitación,
que
simultáneamente presenta el efecto de generador. En el motor de corriente
alterna síncrono el efecto de motor y el efecto de generador, tienen lugar a
la velocidad de sincronismo del campo magnético giratorio. En el motor de
inducción de corriente alterna, ni el efecto de motor
ni el
efecto de
generador pueden tener lugar a la velocidad de sincronismo. Por esta razón
las máquinas basadas en el principio de inducción se clasifican como
máquinas de inducción asíncronas. Como se indicó anteriormente, la
velocidad del disco nunca puede ser igual a la velocidad del imán. Si así
sucediese, la corriente inducida seria 0 y no se produciría flujo magnético o
par. Por lo tanto debe reducirse la velocidad a fin de producir par. Esto
determina una diferencia de velocidades producida entre la velocidad de
sincronismo del campo magnético giratorio, esencialmente está en función
de la frecuencia para una máquina de inducción determinada, y la velocidad
de deslizamiento a la que el disco gira es como resultado del par producido
por la interacción entre su campo y el campo magnético giratorio.
10
1.2 PRODUCCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO POR
APLICACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA.
Mediante un grupo polifásico de devanados desplazados en el espacio
sobre un inducido, puede
producirse un campo magnético giratorio
resultante constante que gira a la velocidad de sincronismo (s =120f/p), si la
corriente que circula por los devanados esta defasada en el tiempo. Todas
las máquinas de inducción trifásicas, por consiguiente, a fin de producir un
campo magnético constante, requieren tres devanados idénticos desfasados
en el estator en 120° y por los que circulan corriente desfasadas 120° en el
tiempo. Esto se analiza en la figura 1.2 respectivamente.
11
Figura 1.2
La figura 1.2a muestra el diagrama vectorial de las corrientes que circulan en
un inducido estatórico trifásico de secuencia de fase ab ca bca. En la figura
1.2b puede verse la relación gráfica y la variación senoidal de cada corriente
para un ciclo. La figura 1.2c indica el desplazamiento en el espacio de un
devanado trifásico concéntrico, conectado en estrella. Los conductores de
cada fase deben estar distribuidos uniformemente sobre el inducido
estatórico. El diagrama de la figura 1.2c, que utiliza bobinas concéntricas,
permite predecir el flujo resultante producido por todas las bobinas de una
12
fase. Cada grupo de fase de la figura 1.2c consta de 12 conductores (o 6
bobinas) por fase en los que las terminales finales correspondientes de cada
fase, fa, fb, y fc, se conectan a un punto común. El principio correspondiente
de cada fase, sa, sb o sc, se conectan a la alimentación de tensión trifásica
en el instante t1, indicado en la figura 1.2b, se muestra la corriente en cada
bobina en cada devanado. En el instante t1, la corriente de la fase a es
máxima en un sentido mientras que la corriente en las fases b y c son
exactamente 0.707 de su valor máximo en sentido opuesto. Como se nota en
tu figuras 1.2c y d, en el instante t1, los sentidos de la corriente en b y c son
opuestos al de a.
Los flujos producidos por estas fases pueden verse en la figura 1.2d.
Utilizando la regla de la mano derecha. Se nota que el flujo en b y c/a
producen un flujo resultante R. Las componentes en cuadratura de estas
proyecciones se anulan entre si ya que se encuentran en fases iguales y
opuestas. El mismo procedimiento se sigue en el instante t2, en el que la
corriente de la fase b se a invertido y ahora es igual y del mismo sentido que
la de a (que ahora a disminuido hasta 0.707 veces su valor máximo). Ahora c
es máximo en el instante t2. El flujo resultante se traza de nuevo para cada
fase y en este instante el flujo a y b originan componentes en cuadratura
(que se anulan entre sí) y componentes en fase con el flujo c que producen
un flujo R resultante de igual magnitud que en el instante t1. Por lo tanto en
el instante t2, 60º eléctricos después del instante t1, el flujo resultante a
girado 60º eléctricos después del instante t1, el flujo resultante a girado 60º
pero es de magnitud constante.
Examinando el eje del flujo R en los instantes t1 y t2 se puede observar que
el estator puede tratarse como un solenoide en el que todos los conductores
de un lado de flujo R circulan corrientes hacia el interior del estator, y por
todos los conductores del otro lado del R circulan corrientes hacia el exterior
del estator, por lo tanto en el instante t3, el flujo resultante tendrá un sentido
13
horizontal de derecha a izquierda, entrando en el estator por un polo sur en
el lado izquierdo y abandonando el estator por un polo norte a la derecha.
De lo anterior se observa lo siguiente:
1.- Mediante un devanado estatórico trifásico se produce un campo
magnético resultante único que es giratorio y constante.
2.- El desplazamiento en el espacio del campo magnético giratorio resultante
corresponde exactamente al desplazamiento de tiempo de la frecuencia
de alimentación puesto que el periodo o intervalo de tiempo de la
variación senoidal de la corriente, es el mismo en los conductores, la
velocidad del campo magnético giratorio varia en proporción directa con
la frecuencia pero en proporción inversa con el número de polos (esto es
s = 120 f/p).
Se puede considerar que la naturaleza del devanado del estator, en relación
a la frecuencia y al número de polos, producirá un campo magnético giratorio
de magnitud constante cuya velocidad de giro o de sincronismo se expresa
mediante, s = 120 f/p = 120f/2n. El número de polos depende tan solo de n.
La velocidad de sincronismo del campo magnético giratorio de una máquina
asíncrona determinada es función de la frecuencia.
El campo magnético giratorio producido que se indica en la figura 1.2
proporciona una rotación en el sentido de las agujas del reloj para la
secuencia de fase abc abc, dada en la figura 1.2b.
Si dos conexiones cualesquiera de las bobinas estatóricas de la Fig. 1.2c se
intercambiasen, la secuencia de fase invertida determinará la inversión del
sentido de rotación del campo magnético. El rotor gira en el mismo sentido
que el campo magnético giratorio, basado en el principio del motor de
inducción. En consecuencia, el sentido de rotación de cualquier motor de
inducción puede invertirse (invirtiendo la secuencia de fase) intercambiando
dos de las tres conexiones de alimentación trifásica.
14
SUB-TEMA 2.- PARTES QUE INTEGRAN UN MOTOR DE
INDUCCIÓN.
Figura 2.1
2.1 ARMAZÓN (CARCAZA).
El armazón es el que constituye el soporte mecánico para las diversas
partes del motor. También protege
las partes móviles de influencias
exteriores tales como polvo, suciedad y agua. El armazón sirve para soportar
el estator embobinado. El rotor debe estar suspendido en el estator, de
modo que éste pueda girar libremente dentro de él. Las tapas proporcionan
el soporte para el alojamiento de los rodamientos. El material empleado para
la fabricación del armazón
y las tapas
motores pequeños y hierro gris.
15
comúnmente son aluminio para
2.2 ESTATOR.
Es aquel que esta formado de un núcleo laminado, el cual tiene ranuras en
su diámetro interior en donde se aloja el devanado. El material utilizado para
la fabricación del núcleo
estator es acero ferromagnético el cual tiene
propiedades magnéticas que ayudan
a tener un campo magnético mas
fuerte. El devanado consiste en bobinas aisladas entre si y del núcleo, y
conectadas eléctricamente, el cual tiene la función de producir el campo
magnético.
2.3 ROTOR.
El rotor mas simple y que se usa más en los motores de inducción es el
llamado “rotor jaula de ardilla “, el cual se muestra en la figura 2.2
Figura 2.2
Al cual debe su nombre, el motor de inducción jaula de ardilla. El rotor
de jaula de ardilla consta de un núcleo de hierro laminado y ranurado
longitudinalmente en toda su periferia. En estas ranuras se colocan
conductores sólidos de cobre, aluminio u otro material, los cuales se
ajustan a presión. En ambos extremos del rotor se observan anillos de
corto circuito soldados o unidos a las barras para formar una estructura
sólida. Las barras de corto circuito, debido a su muy baja resistencia
16
respecto al núcleo, no necesitan estar aisladas de él. En algunos rotores,
las barras y anillos extremos
están fundidos
como una estructura
integral única que se coloca en el núcleo. En realidad, los elementos en
corto circuito constituyen espiras de corto circuito, por las cuales circulan
altas corrientes producidas por el flujo del campo.
Un segundo tipo de rotor es el rotor devanado, en el cual se introducen
conductores aislados para formar un devanado polifásico, con los extremos
de cada fase conectados a anillos de deslizamiento. El rotor debe devanarse
para el mismo número de polos del estator. Esto se muestra en la figura 2.3
Figura 2.3
Hasta este punto, en el estudio de motores de inducción de ca, solamente se
han considerado motores con rotores de jaula de ardilla. También es factible
construir un motor de inducción de ca con devanados alrededor del núcleo
del rotor, en lugar de las barras conductoras del motor jaula de ardilla. En
este caso, las corrientes se inducen en el devanado tal como ocurre cuando
se trata de espiras conectadas en corto. Sin embargo, la ventaja de usar
devanados es que las terminales de éstos pueden sacarse a través de anillos
17
deslizantes, de manera que pueda controlarse la resistencia y, en
consecuencia, la corriente que fluye en los devanados. El llamado rotor
devanado en molde tiene la misma apariencia básica que la armadura
devanada de un motor de c-c.
En general, el motor de inducción de jaula de ardilla sirve para cualquier
aplicación. Lo que el motor ordinario de jaula de ardilla no puede hacer
debido a requisitos de par de arranque, puede lograrse en forma adecuada
con el motor de doble jaula de ardilla. De hecho, en aplicaciones en que se
usa potencia monofásica de c-a, la familia de motores de c-a de jaula de
ardilla, se usa casi exclusivamente. El motor de inducción de rotor devanado
sólo tiene aplicaciones especiales y siempre funciona con potencia trifásica
de c-a.
Las tres terminales de los devanados del rotor trifásicos salen hasta tres
anillos deslizantes montados sobre el eje del rotor. Las escobillas que se
deslizan en los anillos son importantes para obtener la máxima ventaja del
motor de rotor devanado. Si las escobillas se conectan a través de reóstatos,
es posible entonces producir un par de arranque más elevado de lo que es
posible con motores de jaula de ardilla, ya sea sencilla o doble. Al momento
de arrancar, toda la resistencia de los reóstatos está en contacto con el
circuito del rotor y, así se produce el máximo par factible, ya que se
seleccionan valores de resistencia, iguales o mayores que la resistencia del
rotor en reposo.
Al aproximarse el motor a la velocidad normal de funcionamiento, la
resistencia del reóstato se reduce gradualmente hasta quedar totalmente
desconectada del circuito a velocidad plena. Irónicamente, aunque su par de
arranque es mejor, no es tan eficiente como el de los motores de jaula de
ardilla a plena velocidad, debido a la inherente resistencia del devanado del
rotor, la cual siempre será mayor que la de un rotor de jaula de ardilla.
18
Una característica especial, obvia en el motor de rotor devanado, es su
capacidad de velocidad variable. Al variar la resistencia del reóstato, también
es posible variar el porcentaje de deslizamiento y, en consecuencia, la
velocidad del motor.
En estos casos, el funcionamiento a velocidad inferior a la normal significa
que el motor funciona con eficiencia y capacidad reducidas. Además, debido
a la alta resistencia del rotor, es más fácil que varíe la velocidad del motor
cuando haya cambios de carga. Esto se muestra en la figura 2.4
Figura 2.4
19
SUB-TEMA 3.- LEYES EN QUE SE FUNDAMENTA.
3.1. CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA.
Esta es la que sucede cuando
se relacionan las fuerzas eléctricas y
magnéticas del átomo con las fuerzas mecánicas aplicadas a la materia y
con el movimiento.
Figura 3.1
Como resultado de esta relación, la energía mecánica puede convertirse en
energía
eléctrica,
y
viceversa,
mediante
generadores
y
motores
respectivamente.
La primera idea de la posibilidad de conversión de la energía eléctrica a
mecánica fue realizada por Michael Faraday en 1831. Este descubrimiento
es el principio del desarrollo del motor eléctrico.
Oersted descubrió que la electricidad se puede utilizar para producir
movimiento. Aprovechando este descubrimiento, Faraday construyó en 1821
el primer motor eléctrico, Faraday trataba de hacer que el movimiento
producido por el experimento de Oersted fuera continuo, en lugar de un
simple desplazamiento giratorio de posición. En sus experimentos, Faraday
pensaba en líneas de fuerza magnética. Visualizó la existencia de líneas de
flujo alrededor de un conductor que lleva corriente y una barra magnética y,
20
así pudo elaborar un aparato donde las diferentes líneas de fuerza podían
interactuar para producir una rotación continua. El motor básico de Faraday
dispone de un conductor que puede girar libremente alrededor del extremo
de un imán recto. El extremo inferior del conductor se encuentra en un
depósito de mercurio, lo cual hace posible que el conductor gire y, al mismo
tiempo, mantenga un circuito eléctrico cerrado. Esto se observa en la figura
3.2
Figura 3.2
3.2.- RELACIÓN ENTRE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y FUERZA
ELECTROMAGNÉTICA.
Los efectos electromagnéticos mas importantes son los relacionados con una
fuerza mecánica aplicada a un cuerpo en presencia de campos eléctricos y
magnéticos
(por ejemplo, una masa que consta de partículas cargadas,
principalmente protones y electrones, en movimiento, que da lugar a un
movimiento del cuerpo).
3.3. LEY DE FARADAY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
Esta ley la podemos expresar de la siguiente forma: el valor de la tensión
inducida en una sola espira es proporcional a la velocidad de variación de las
líneas de fuerza que la atraviesan.
21
Figura 3.3
Antes del descubrimiento de Faraday, fue generada una tensión en un
circuito por medio de una pila seca o una batería de acumuladores. La
contribución singular del descubrimiento de Faraday en 1831 fue la
generación de una tensión debida al movimiento relativo entre un campo
magnético y un conductor de electricidad. Faraday denomino a esta tensión,
tensión inducida debido a que solo se produce cuando existe un movimiento
relativo entre el conductor y el campo magnético sin contacto físico real entre
ellos.
Fue Neumann, en 1845, que expreso cuantitativamente lo anterior en una
ecuación en la que la magnitud de la fuerza electromotriz inducida generada
(fem.) era directamente proporcional a la velocidad de variación del flujo, el
cual se puede obtener a través de la siguiente expresión:
Em ed
t
ab volts
t
x10 8 volts
Donde:
Emed = es la tensión media generada en una sola espira (volt / espira)
ø = es el número de maxwells o líneas de fuerza magnética
concatenadas con la espira.
t=
es el tiempo en segundos en que son concatenadas ø líneas.
10-8 = es el número de líneas que una sola espira debe concatenar
cada segundo a fin de inducir una tensión de 1 volt.
22
De la definición y ecuación anteriores, es evidente que la tensión inducida
generada puede incrementarse aumentando la intensidad del campo
magnético, esto es, el número de líneas de flujo en movimiento relativo
respecto al conductor o reduciendo el tiempo durante el que se produce la
variación en la concatenación de flujo (esto es, aumentando la velocidad o
el movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético).
3.4.- FACTORES QUE AFECTAN LA MAGNITUD DE LA FUERZA
ELECTROMOTRIZ INDUCIDA.
La expresión
establece
cuantitativa de Neumann de la ley de Faraday, como se
en la ecuación 1, es cierta únicamente cuando el circuito
magnético es físicamente idéntico tanto al final como al principio y durante el
periodo de la variación de la concatenación de flujo. En las máquinas
eléctricas rotatorias, sin embargo, la variación de la concatenación de flujo
no queda claramente definida o no es fácilmente medible en cada espira
individual a causa de la rotación, tanto del inducido como de la excitación.
por consiguiente, es mas conveniente expresar esta velocidad de variación
en relación con la densidad de flujo y la velocidad relativa entre este campo
y un conductor único que se desplaza a través de él. En la figura Para el
conductor de longitud, la fem. inducida instantánea puede expresarse como:
e
Blvx10 8 volts
ecuación
2
Donde:
B es la densidad de flujo en gauss (líneas/cm 2)
l es la longitud de la parte activa del conductor que atraviesa al flujo
en cm
v es la velocidad relativa entre el conductor y el campo en cm/s ,
10-8 el número de líneas que un solo conductor debe atravesar cada
segundo a fin de inducir una tensión de 1 volt.
23
Si tanto la densidad de flujo B, como
la velocidad relativa ya sea del
conductor o del campo son uniformes y constantes, entonces los valores
instantáneos y medios de la fem. inducida son iguales. Puede utilizarse tanto
la ecuación 1 como la ecuación 2, obteniéndose los mismos resultados.
Las ecuaciones anteriores están sujetas a varios ajustes que no se pueden
despreciar. En la figura 3.3 se supone que:
a.-
El campo b es de densidad de flujo uniforme.
b.- la fuerza aplicada para mover el campo o el conductor, o ambos, debe
producir un movimiento relativo uniforme entre ellos.
c.-
el conductor, el campo y la dirección en la que se mueve el conductor
con respecto al campo, son perpendiculares entre si.
3.5 LEY DE LENZ.
La ley de Faraday de la inducción electromagnética es uno de los efectos
electromagnéticos que relacionan la fuerza mecánica aplicada a un cuerpo
con un campo electromagnético. En tanto que el movimiento de un conductor
en un campo magnético es el resultado de una fuerza mecánica aplicada al
conductor.
Los sentidos de la tensión inducida y la corriente que circula por el conductor,
establecen una relación definida con el cambio en la concatenación de flujo
que las induce. Esta relación recibe el nombre de ley de Lenz.
En todos los casos de inducción electromagnética, la tensión inducida
tenderá a hacer circular en un circuito cerrado una corriente en un sentido tal
que su efecto magnético se oponga a la variación que la ha creado. Lo
anterior implica tanto una causa como un efecto que se opone a ésta. La
causa no es necesariamente el movimiento del conductor que resulta de una
24
fuerza mecánica, sino más bien una variación en la concatenación del flujo.
El efecto es una corriente (debida a una tensión inducida) cuyo campo se
opone a la causa. por lo tanto en todos los casos de inducción
electromagnética, siempre que tiene lugar una variación en la concatenación
de flujo, es inducida una tensión que tiende a establecer una corriente en un
sentido tal que produzca un campo que se oponga a la variación de flujo que
concatenan las espiras del circuito. Desde este punto de vista, surge un
concepto de la ley de Lenz que satisface todos los casos de fem inducida,
incluso la ley de los transformadores y motores de inducción así como la fem
inducida en los motores de c.d. y generadores.
3.6 FUERZA ELECTROMAGNÉTICA Y FACTORES QUE LA AFECTAN
Se ha dicho que la conversión de energía electromecánica de prácticamente
toda
la
maquinaria
eléctrica
rotatoria,
depende
de
dos
principios
electromagnéticos básicos que están estrechamente relacionados que son:
 Inducción electromagnética
 Fuerza electromagnética.
En la figura 3.4 puede verse un conductor por el que circula corriente situado
en un campo magnético uniforme. Siempre que un conductor por el que
circule corriente está situado en un campo magnético de manera que una
componente
de
la
longitud
activa
del
conductor
esta
dispuesta
perpendicularmente al campo, aparecerá una fuerza electromagnética entre
el conductor y el campo. Por lo tanto, si un conductor se introduce en un
campo magnético y al mismo se le aplica una tensión de forme que el
conductor circule una corriente, se desarrollará una fuerza y el conductor
tenderá a desplazarse con respecto al campo o viceversa. Este principio se
denomina acción motor.
25
Figura 3.4
Factores que afectan la magnitud de la fuerza electromagnética.
La definición anterior contiene implícitamente tres factores que afectan la
magnitud de la fuerza electromagnética, las cuales son:
 Un campo magnético B
 La longitud activa del conductor l
 La intensidad de la corriente que circula por el conductor i.
Por lo tanto, si alguno o los tres factores varia; la fuerza electromagnética F
variará directamente en la misma proporción. Sí los factores B y l
son
perpendiculares, se establecerá una fuerza ortogonal.
F
Bil
dinas
10
Donde:
B es la densidad de flujo en líneas por cm2
i es la intensidad en amperes (absolutos)
l es la longitud activa del conductor en cm.
3.7 DIRECCIÓN DE LA FUERZA ELECTROMAGNÉTICA.
Se determina el sentido de la fuerza electromagnética por el método indicado
en la figura 3.4 y 3.5. en la figura 3.4 puede verse el campo magnético con el
mismo sentido de la agujas del reloj por el conductor por el circula la
corriente. se observa que el campo magnético producido por el conductor
provoca la atracción del campo principal situado encima y la repulsión del
conductor situado debajo, que puede verse en la figura 3.4. La distorsión
resultante del campo magnético principal creado por el campo del conductor
por el que circula corriente, puede verse en la figura 3.5.
26
Figura 3.5
Por consiguiente, el efecto de la interacción de los dos campos es forzar al
conductor hacia arriba, como se indica en la figura, las relaciones entre el
sentido de la corriente en el conductor, el sentido del campo magnético y el
sentido de la fuerza que actúa sobre el conductor también puede
memorizarse y determinarse convenientemente mediante la regla de la mano
izquierda o regla del motor. Como puede verse en la figura 3.6, el dedo
índice indica el sentido del campo, el tercer dedo o medio indica el sentido de
circulación de la corriente y el pulgar indica el sentido de la fuerza
desarrollada sobre el conductor o del movimiento resultante.
Figura 3.6
3.8 FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ.
En la figura anterior, puede verse la acción del motor, para el sentido del
campo y de la corriente en el inducido indicado, la fuerza desarrollada sobre
27
el conductor esta dirigida hacia arriba. Pero la fuerza desarrollada sobre el
conductor provoca el desplazamiento del conductor a través del campo
magnético, dando lugar a una variación de la concatenación de flujo
alrededor de este conductor.
En el conductor “motor” de la figura 3.6 se induce una fem. El sentido de
esta fem. inducida para este mismo sentido de movimiento y de campo, se
opone al sentido de circulación de corriente que crea la fuerza o movimiento;
por ello se denomina fuerza contraelectromotriz. El desarrollo de la fuerza
contraelectromotriz, indicado en la línea discontinua de la figura 3.6, es una
aplicación de la ley de Lenz y que concuerda con ella, en que el sentido de la
tensión inducida se opone a la fem. aplicada que la engendra. Por lo tanto,
siempre que tiene lugar la acción del motor, simultáneamente se origina la
acción del generador.
28
SUB-TEMA 4 PRUEBAS DE RUTINA
4.1. INSPECCIÓN VISUAL
A menos que se conozca la fuente probable del problema, la investigación de
fallas en general debe iniciarse con una inspección visual completa. En esta
forma, pueden encontrarse con frecuencia averías pequeñas antes de que
lleguen a adquirir importancia y el repaso de los registro de mantenimiento y
de los datos realizados en maquinas importantes, revelara a menudo la
posibilidad de que se produzca averías con anticipación suficiente, para que
se pueda parar la maquina y repararla.
Por tanto una inspección visual completa ahorraría tiempo y posiblemente
algún gasto. En la investigación y reparación de fallas mas complicadas
puede desperdiciarse más tiempo y dinero en procedimientos que habrían
sido innecesarios si se hubiera realizado primero una inspección visual.
Esta prueba consiste en las verificaciones de las dimensiones de montaje y
acoplamiento, recubrimiento, acabado, y datos de placa
4.2 PRUEBA DE VACIO
Es aquella que se efectúa para verificar las características eléctricas y
mecánicas sin carga.
Como se ha mencionado anteriormente, de esta prueba se obtiene como
resultado las pérdidas en vacío, la corriente de vacío y el factor de potencia
en vacío. Estos elementos son muy importantes para valorar la calidad de un
motor asíncrono o de inducción, específicamente el objetivo de esta prueba
es determinar: Problemas mecánicos (desbalance, chumaceras) ruidos y
conexiones en mal estado. A continuación se muestra la figura 4.1, la cuál
representa el circuito para la prueba de vacío y determinación de pérdidas
por fricción y ventilación en un motor monofásico de inducción.
29
Figura 4.1
Po = Lectura de potencia de vacío en el wattmetro
Io = Lectura de la corriente de vacío
Vo = Voltaje durante la prueba de vacío
El desarrollo de la prueba se hace alimentando la maquina a un 110 % de la
tensión nominal o a la tensión nominal, a la frecuencia nominal, haciendo
girar en vacío. Se mide la potencia (Po)
y la corriente absorbida (Io) para
cada valor de voltaje, de estos valores se determina el factor de potencia en
vacío.
cos
po
3 VI0
0
A continuación se muestra la figura 4.2, la cuál representa el diagrama de
conexiones para la prueba del factor de potencia en vacío.
Figura 4.2
30
Los instrumentos a utilizar para la prueba son:
Frecuencímetro de laminillas
Ampérmetros
Voltmetros
Wattmetros
Tacómetros
EJEMPLO
Se realizó la prueba de vacío en un motor trifásico de inducción tipo jaula de
ardilla, con el estator conectado en estrella. Los datos del motor son los
siguientes:
Potencia nominal
100 hp ( 73.6 kw )
Tensión nominal
440 volts
Frecuencia
60 hz
Números de polos
6
Conexión del estator
estrella
Rotor
jaula de ardilla
El valor de la resistencia promedio por fase es: RF
=
0.215 ohms en el
estator. Los valores obtenidos de la prueba, se dan en la tabla 4.1
f velocidad
Vo
(hz)
( rpm)
(volts)
60
60
60
60
60
1200
1200
1200
1200
1200
264
374
418
462
484
2
Io
(amp.)
W1
(watts)
W2
(watts)
w=w1+w2
(watts)
3xRoxIo
( watts )
Po=W-3RoIo
( watts )
17.5
27.0
34.0
40.0
54.0
2830
5840
7950
9820
14760
-1135
-3270
-4685
-5990
-8870
1695
2570
3265
3820
5890
195
470
745
1030
1870
1500
2100
2520
2800
4020
Tabla 4.1 Promedio de los tres amperímetros
31
2
Con los datos anteriores se puede trazar la curva característica de vacío, que
se observa en la gráfica 4.1
Grafica 4.1
Curva característica de vacío
Esta curva esta en función de los siguientes parámetros nominales.
V = 440 volts,
Por lo tanto:
cos
Io = 52Ampers
2650
1.73x440x52
Po = 2 650 watts
0.067
Algunas veces es conveniente expresar el valor de las pérdidas en vació en
función del cuadrado del voltaje, con lo que se obtiene una curva que da
mayor claridad ya que se pueden separar las pérdidas por fricción y
ventilación, la cuál se observa a continuación, en la grafica 4.2
Grafica 4.2
Curva de pérdidas en función del cuadrado del voltaje
32
La otra forma de expresar los resultados de la prueba de vacío es mediante
las curvas descritas en el ejemplo anterior de voltaje contracorriente de vacío
y perdidas de vacío, esto se muestra en la gráfica 4.3
Grafica 4.3
4.3. PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO.
Esta prueba la efectúa el fabricante por una sola vez a cualquier tipo de
motor clasificado por la norma oficial mexicana. No es recomendable una
segunda prueba de potencial aplicado, pero en caso de requerirse el valor de
la tensión de prueba no debe de exceder del 80% del valor especificado. El
objetivo de esta prueba es el de verificar que los aislamientos del motor
soportaran los esfuerzos dieléctricos provocados por la tensión nominal
durante su vida útil.
 Equipos necesarios:
 Transformador
 Interruptor automático de sobre corriente
 Control de tensión, voltímetro de esferas
 Interruptor
 Cable y aislamiento adecuado para el manejo de la tensión de
prueba
 Accesorios preventivos de seguridad tal como: sirenas, barreras,
etc.
33
4.4. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.
Esta prueba debe de efectuarse a todos los motores.
El objetivo de esta prueba es el de asegurar que la resistencia de aislamiento
del devanado cumpla con lo establecido por la norma.
Equipos necesarios:
 Meggohmetro de 500 v o mayor
 Accesorios preventivos de seguridad, como lámparas intermitentes,
sirenas, barreras, etc.
Las pruebas a los aislamientos sirven para verificar las características de
éstos, en las maquinas eléctricas cuando se ven sometidas a esfuerzos
dieléctricos para determinar si están en condiciones aptas para seguir
operando. Las pruebas que se realizan a los aislamientos se pueden
clasificar para los motores eléctricos como:
a) RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
b) TENSIÓN APLICADA
a) RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
La medición de la resistencia de aislamiento de una máquina es una
medición de tipo preliminar, para interpretar de una forma rápida el estado
del aislamiento, donde el valor obtenido no debe ser menor de 1 megohm.
La realización de esta prueba se muestra en las figuras 4.3 y 4.4.
Figura 4.3
34
Figura 4.4
La medición de la resistencia de aislamiento se efectúa con fuente de
alimentación en corriente continua y con un voltaje de al menos 500 volts
por medio de un aparato denominado “megger”. Estos aparatos pueden ser
de 500 volts o 1500 volts, de accionamiento manual o motorizado y con
escalas de 100 - 500- 1000 megohms, como el que se muestra en la figura
4.5
Figura 4.5. Megger
Las indicaciones para la prueba son las siguientes.
 este método solo se usa para medir resistencias de valor elevado
como es el caso de la resistencia de aislamiento.
 cuando se usa megger manual, se debe girar la manivela a
velocidad constante por un tiempo de al menos 1 minuto
35
 se debe verificar el ajuste del megger midiendo periódicamente con
una resistencia de valor conocido
 al final de cada medición poner en corto circuito la resistencia en
prueba para observar el regreso a cero de la aguja
 para medir la temperatura de la prueba , se debe colocar el
termómetro lo mas cercano posible a la resistencia por medir ( en el
caso de los motores de los devanados)
b) PRUEBA CON TENSIÓN APLICADA
Esta prueba consiste en aplicar entre las partes de la máquina que se deben
aislar entre si (entre devanados y entre cada devanado y tierra) una tensión
convenientemente aumentada respecto a la nominal, teniendo un margen de
seguridad y mantenerla aplicada durante un minuto.
Para realizar la prueba con tensión aplicada se debe disponer de un
transformador elevador monofásico de potencia apropiada de cuyas
terminales salen conductores delgados que se conectan al objeto en prueba,
la tensión de
prueba es regulada por medio de un regulador de voltaje
conectado en el lado de bajo voltaje del transformador elevador, la tensión
de prueba se puede medir por medio de un volmetro conectado al primario
del transformador, multiplicando la lectura por la relación de transformación
en vació, el diagrama de conexiones para esta prueba se observa en la
figura 4.6.
Figura 4.6.
36
4.5. PRUEBA DE VIBRACIÓN.
Es un problema frecuente en los motores; debido a que toda maquina o
motor en movimiento siempre tendrá cierta vibración, que los mejores
métodos de balanceo no pueden evitar totalmente.
Normalmente un motor forma parte de un equipo que esta constituido por
uno o más mecanismos, que al ser alimentados con una fuente de energía,
aparecerá la vibración y consecuentemente se puede llegar a pensar en él,
es la causa del problema, pudiendo ser cualquiera de ellos el origen de la
vibración. Las causas más comunes mas comunes que provocan este tipo de
problema son las siguientes:
a) Resonancia en la cimentación.
b) Alimentación defectuosa.
c) Falsa sujeción de los tornillos o pernos que fijan al motor a la
cimentación.
d) Desbalance en el cople, polea, engrane o similar.
En caso de que la vibración sea muy excesiva, se recomienda efectuar un
estudio de su amplitud y frecuencia, siguiendo los pasos descritos a
continuación.
1.- Durante la operación, medir la amplitud de la vibración con un vibró metro
(analizador de vibración) directamente sobre las cajas de los baleros en
ambas tapas, en sentido horizontal, vertical y axial.
2.- Medir la amplitud de la vibración en la cimentación o estructura durante la
operación; si se obtiene que la frecuencia de la vibración es baja (menos del
50%), comparada con la del motor a su velocidad de operación, el
movimiento de la cimentación tendera a estar en fase con el movimiento del
motor.
37
Por consiguiente, la amplitud total de la vibración registrada en el motor, será
la suma de la que se obtuvo en el vibró metro, mas
la obtenida en la
cimentación.
Si se obtiene que la frecuencia de la vibración es alta (más del 150 %) con
respecto a la del motor a su velocidad de operación, el movimiento de la
cimentación
tendera
a
ser
en
dirección
opuesta
(defasada
180º
aproximadamente) al movimiento del motor. Aunque esta condición es
extremadamente rara y casi siempre tiene su origen en una fuente externa al
motor y a la cimentación.
Cuando la frecuencia de la cimentación se encuentra entre los rangos de 50
a 150 % de la frecuencia de operación, la relación de fases entre el motor y
las amplitudes de la cimentación resultan complejas, requiriéndose para una
completa determinación de la amplitud y fase de cada componente de la
frecuencia, el uso de un vibró metro provisto de un filtro.
Tales medidas y análisis son usualmente requeridos para identificar una
fuente externa de vibración eliminable.
3.- Determinar la frecuencia natural de la vibración con el sistema rotatorio en
reposo. La vibración a la frecuencia natural puede ser inducida originando
movimientos en el motor (desacoplándolo). Si se obtiene que la frecuencia
natural es cercana (en el rango de ½ a 3/2) a la frecuencia de operación o a
un múltiplo de esta (llamado armónica), deberán de efectuarse cambios para
evitar resonancia.
Esto puede lograrse reforzando el sistema de cimentación.
La vibración puede tener su origen en la base de la cimentación si la
construcción carece de la masa necesaria; la cual se constituye de concreto
o acero, aunque puede ser una combinación de los dos.
38
Una estructura de concreto puede incrementar su masa o peso, agregando
en la cantidad requerida una capa más de este material. Si esto no es
conveniente, puede también solucionarse haciendo un agujero en la base y
después llenándolo con plomo derretido (agregando masa e impidiendo la
resonancia), el agujero se puede hacer en un lugar conveniente de la
cimentación en sentido horizontal, vertical o con un determinado ángulo.
b) Alineamiento defectuoso
1.- Revisar y corregir la alineación del sistema de acoplamiento antes de
iniciar la operación de trabajo (en frío) y después de éste (en caliente). Para
maquinas cuya velocidad de operación es menor de 2000 r.p.m., la
alineación (paralelismo y angularidad) como lo muestra la figura 4.7, deberá
de efectuarse con una tolerancia de ± 0.051 mm (0.002”. Para maquinas con
velocidad de operación de 2000 r.p.m. o mas, la alineación deberá de
efectuarse con una tolerancia de ± 0.025 mm.
Paralelismo
Angularidad
Figura 4.7
c) Falsa sujeción de los tornillos o pernos, que fijan al motor a la cimentación.
Si la frecuencia natural se encuentra arriba de la frecuencia de operación
(150 % de la velocidad de operación o más) y no es armónica, asegurarse
de que los pernos o tornillos anclados en la cimentación (para fijar el motor)
estén firmemente sujetos a todo lo largo, evitando que tengan juego con
respecto a los barrenos de la estructura.
39
d) Desbalance en el cople, polea, engrane o similar.
Siguiendo las instrucciones indicadas en el
punto a) inciso 1, medir la
amplitud de la vibración. Deberá de tenerse plena seguridad de que no hay
resonancia. Si la amplitud de la vibración excede los valores indicados por
las normas para motores eléctricos, los cuales se observan en la tabla 4.2.,
significa que el cople, polea, engrane o similar, según el sistema de
transmisión usado, esta desbalanceado.
TAMAÑO DE LA ARMAZON
AMPLITUD DE LA ONDA
VIBRATORIA
mm
plg
182
a
215
0.025
0.001
254
a
286
0.037
0.0015
324
a
500
0.050
0.002
Tabla 4.2.
Valores máximos permisibles para amplitud de vibración en motores eléctricos.
Esta prueba se efectúa a todos los motores.
El objetivo de esta prueba es el de verificar que el motor cumpla con lo
especificado en la norma, para garantizar que durante su vida normal, los
efectos de vibración no le causen daño al equipo asociado.
Equipo necesario:
Base elástica que pueda comprimirse, al colocar el motor sobre ella. La
compresión no debe exceder en ningún caso del 50% del espesor original.
Vibrómetro del tipo carátula o equivalente, en el que se obtengan lecturas de
0 a 250 centésimas de milímetro y una exactitud de 2.5 centésimas de
milímetro.
40
SUB- TEMA 5 PRUEBAS COMPLEMENTARIAS
5.1 PRUEBA DE PAR, POTENCIA Y CORRIENTE DE ARRANQUE A
ROTOR BLOQUEADO
Por medio de esta prueba se determina la potencia y corriente, así como el
factor de potencia, que tiene un motor cuando su rotor esta cerrado en corto
circuito y tiene su rotor bloqueado, de manera que se le impida girar, de aquí
que se conozca también como prueba de rotor frenado los objetivos básicos
de esta prueba es determinar:

Las pérdidas en los devanados del motor (estator y rotor)

La corriente de corto circuito

El voltaje de corto circuito o de impedancia

Las curvas características
A partir de estos datos se puede calcular:

La impedancia, resistencia y reactancia del motor

El factor de potencia en corto circuito

La corriente a tensión nominal

Las pérdidas en los devanados a tensión nominal

La determinación del diagrama circular
El desarrollo de esta prueba se realiza solo en motores con rotor devanados
y se debe efectuar en el menor tiempo posible, para evitar el calentamiento
de los devanados. Esto se observa en la figura 5.1, la cuál representa el
circuito para la prueba de corto circuito
monofásico de inducción.
Figura 5.1
41
(rotor bloqueado) en un motor
Donde:
Icc
= Lectura de la corriente a rotor bloqueado
Vcc = Voltaje medido durante la prueba
Pcc = Lectura de la potencia de rotor bloqueado en el wattmetro
El diagrama de conexiones para el desarrollo se muestra en la figura 5.2
Figura 5.2
Donde:
f = frecuencímetro
A1, A2, A3, = ampermetros
W1, W 2 , = wattmetros
V = voltmetro
Ejemplo:
Se efectúo la prueba de motor trifásico de inducción de rotor devanado con el
devanado del estator conectado en estrella, los datos de placa del motor son
los siguientes:

Potencia nominal
100 HP ( 73.6 KW )

Tensión nominal
440 volts

Frecuencia
60 hz

Números de polos
6

Conexión del estator
Estrella

Rotor
Devanado
42
Los resultados que se obtuvieron en esta prueba se dan en la tabla siguiente
TEMP.
f
VELOCIDAD VOLTAJE ICC
˚C
( Hz
( RPM )
( VOLTS ) ( A )
)
W1
W2
PCC = W 1 + W 2
( WATTS) ( WATTS ) ( WATTS )
19
60
0
115
150
9 900
- 4 750
5 150
19
60
0
155
215
19 600
- 9 400
10 200
19.5
60
0
200
254
28 500
- 13 700
14 800
20
60
0
230
300
39 600
- 19 000
20 600
20
60
0
260
345
52 000
- 25 000
27 000
Tabla 5.1
Determinar las características principales a partir de esta prueba:
Con los datos de esta prueba se traza la curva de características de corto
circuito, la cual se muestra en la grafica 5.1
Grafica 5.1
Curva característica de corto circuito
Los datos de la curva han sido extrapolados, de manera que, considerando
una temperatura de 20˚ C. para la tensión nominal de 440 Volts, I cc = 740
Ampers, la potencia absorbida en corto circuito es:
pcc = 107 000 Watts
43
El factor de potencia es:
cos
cc
107000
0.19
1.763x440x740
5.2 PRUEBA DE NIVEL DE RUIDO
Se entiende por nivel de ruido los valores que caracterizan todos los ruidos
que se originan en una máquina en funcionamiento, sin distinguir entre las
propiedades del ruido. Estas pruebas se pueden efectuar al prototipo.
El objetivo de esta prueba es el de verificar que el motor cumpla con los
valores especificados en las normas.
Equipo necesario:
Decibelímetro y micrófono o accesorios.
5.3. PRUEBA DE PROTOTIPO.
Es aquella que se efectúa a un motor de un diseño que no ha sido probado
y que tiene por finalidad verificar que éste cumpla con los valores
establecidos por la norma. Los resultados de esta prueba son validos para
todos los motores que se construyen con el mismo diseño y no se harán a
ningún otro motor del mismo fabricado de igual manera.
5.4. POTENCIA NOMINAL Y CORRIENTE A PLENA CARGA.
Esta prueba consiste en aplicar entre las partes del motor (entre devanados y
entre cada devanado y tierra), una tensión conveniente aumentada respecto
a la nominal
y mantenerla aplicada durante un minuto para poder
determinar la potencia, la corriente a plena carga y a diferentes cargas, así
como todas las características de estos.
44
Para realizar la prueba se debe disponer de un transformador elevador
monofásico de potencia apropiada de cuyas terminales salen conductores
delgados que se conectan al objeto en prueba. La tensión de prueba es
regulada por medio de un regulador de voltaje conectado en el lado de bajo
voltaje del transformador elevador. La tensión de prueba se puede medir por
medio
de
un
voltímetro
conectado
al
primario
del
transformador,
multiplicando la lectura por la relación de transformación en vacío
5.5 INCREMENTO DE TEMPERATURA
Se ha estudiado que de las perdidas en las distintas partes de una maquina
eléctrica, se manifiestan en forma de calor. Este calor se transmite una parte
al ambiente por radiación y por convección y una parte es absorbida por los
materiales de la maquina, elevando la temperatura con respecto a su calor
especifico. Cuando esta temperatura alcanza un valor tal que el calor
producido iguala a la cantidad de calor cedido al ambiente y se mantiene
constante, se dice que la maquina alcanza su “régimen térmico”. La
temperatura de régimen tiene una gran importancia para el funcionamiento y
la vida de la maquina, dado que los aislamientos, que en gran parte están
constituidos por materiales orgánicos que a una cierta temperatura se
carbonizan perdiendo su calidad de aislante. Aun cuando la temperatura sea
inferior a la de régimen, los aislamientos se deterioran, este deterioro es
tanto más rápido tanto mayor sea la temperatura a la cual se exponen, es
evidente que reduciendo sus características dieléctricas estos aislamientos,
la maquina opera en condiciones peligrosas. Por otra parte, la temperatura
tiene
una notable influencia sobre el buen funcionamiento de las
chumaceras y anillos colectores. Para un tamaño de motor y un sistema de
ventilación determinados, es posible establecer una capacidad de disipación
(en ºC/W) que permita calcular la elevación (o el aumento) de temperatura
como función de las pérdidas del motor que contribuyen al calentamiento.
45
Todos los materiales aislantes son afectados por el calor, el cual los
envejece y deteriora gradualmente hasta que llega el momento en que el
aislante falla o pierde por completo sus propiedades dieléctricas. Los
sistemas de aislamiento se clasifican según la temperatura de operación a la
cual puede esperarse que su duración sea normal. Específicamente se
deben considerar los siguientes aspectos para el desarrollo de la prueba:
46
METODO
Termométrico
Por variación de
resistencia
APARATOS USADOS
TERMOMETROS
CAMPO DE
APLICACION
- termómetros de mercurio o de
Se aplica en general para la
alcohol
medición de la temperatura:
-termómetros eléctricos
de  de todos los órganos que
resistencia o de termopar no
no sean devanados
predispuesto
durante
la
 de puntos particulares de la
construcción
superficie de los devanados
 de los devanados en corto
circuito permanente
 de los devanados de baja
resistencia en los cuales
las conexiones hacen que
solo sea una parte de la
resistencia
Medición de la resistencia por el
metido del volmetro Y el
Ampermetro.
T2
T1
Se aplica en general para la me
-dicion de la temperatura de los
devanados de las maquinas
eléctricas
R2 R1
( A T1 )
R1
T1 = temperatura al inicio de la
Prueba
R1 = resistencia al inicio de la
prueba
R2 = resistencia al final de la
prueba
A = constante
= 234.5 para el cobre
= 230 para el aluminio
Relevadores
internos
Termopares o resistencias
ajustadas y dispuestas en la
maquina en puntos inaccesibles
como maquina
completa
Se aplica para los estatores de
maquinas sincronas o de indu cción de potencias superiores a
5 000 kva o en núcleos conlongitudes mayores a 1 metro
Tabla 5.3
Métodos de medición de la temperatura
1.
La medición de resistencia ohmica de los devanados antes de la
prueba se debe efectuar con la maquina a la temperatura
ambiente.
47
2.
En la medición de la resistencia, tener cuidado de conectar el
voltímetro y efectuar la medición cuando la corriente este
estabilizada y desconectarlo antes de interrumpir el circuito
3.
Disponer las cosas de manera que se pueda, con la mayor rapidez
reponer el circuito de prueba al final de la prueba en el mismo
punto
4.
Localizar
los
termómetros
en
los
puntos
accesibles
que
presumiblemente resulten los mas calientes, introduciéndolos si
es posible, dentro de la parte por medir, teniendo por lo tanto un
buen contacto y quedando fuera de la corriente de aire. La
temperatura del rotor solo se puede medir obviamente cuando está
parado.
5.
La temperatura ambiente se debe medir introduciendo el bulbo del
termómetro en pequeños recipientes metálicos con aceite de
manera que no queden expuestos a las corrientes de aire, a los
rayos de sol o bien otras fuentes de calor.
6.
Aplicar carga a la maquina de manera que, con frecuencia y
voltaje nominal absorba la corriente correspondiente a la potencia
nominal. Manteniendo tal condición hasta que se alcanza la
temperatura de régimen.
7.
La prueba con carga se puede iniciar también con la maquina a
una temperatura distinta de la temperatura ambiente.
8.
Las lecturas se deben efectuar a intervalos regulares de tiempo,
reduciéndolos cuando se acerca el final de la prueba (por ejemplo
cada 15 minutos).
9.
Al final de la prueba (cuando se ha alcanzado la temperatura de
régimen), parar la maquina, evitando que funcione en vacío.
10.
Los termómetros que se mantienen en su posición durante el
funcionamiento con carga, pueden indicar una temperatura
superior estando parado el motor, que cuando esta en movimiento
48
(estando
parada
la
ventilación),
se
requiere
registrar
la
temperatura máxima
11.
Antes de efectuar la medición de la temperatura, desconectar
totalmente todos los circuitos de alimentación y medición de la
corriente alterna
12.
Efectuar las operaciones con la máxima rapidez, ya que si del
momento en que se interrumpe el funcionamiento con carga al
momento en que se efectúan las mediciones transcurren algunos
minutos, se debe trazar entonces un diagrama de temperatura
extrapolando valores, tal como se observa en la figura 5.3
Figura 5.3
Diagrama de conexiones para la medición de la temperatura
Tf = Termómetro para medir en el núcleo del estator
TS = Termómetro para medir en devanado del estator
Tr = Medición de la temperatura en el rotor
TC = Termómetro para temperatura en las chumaceras
49
El método típico para determinar el aumento de temperatura de un motor
consiste en medir la resistencia del devanado R1 a la temperatura ambiente
T1 y a la temperatura nominal de operación T2.
El valor de la temperatura nominal de operación se calcula con la formula:
T2
R2
(234.5 T1 ) 234.5
T1
La elevación de temperatura (T2 – T1) permisible para las diferentes clases
de aislamiento se indica en la tabla 5.4 que se muestra a continuación
Clase de aislamiento
Temperatura ambiente (° C)
Aumento de temperatura (medido por
resistencia) (° C)
Margen para el punto mas caliente (° C)
Temperatura del punto mas caliente (°
C)
105
40
60
130
40
80
155
40
105
155
40
125
5
105
10
130
10
155
15
180
Tabla 5.4
5.6 PRUEBA DE SOBREVELOCIDAD
Sé efectúa para verificar que el rotor soporte, sin daños o deformación
permanente, la sobrevelocidad especificada.
En las industrias papeleras, textiles, de impresión, etc., una sobrevelocidad
del motor puede causar graves daños a la maquina. Por lo que en este tipo
de instalaciones es importante la selección adecuada de un control que
permita proteger a un equipo contra tales situaciones. Un elemento que se
utiliza para proteger el equipo al presentarse esta situación es un interruptor
Punglin
Aparatos y equipo:
Tacómetro y fuente de frecuencia variable o motor auxiliar de velocidad
variable.
50
La velocidad de un motor síncrono está determinada por la frecuencia de la
corriente alterna y por él numero de polos que tiene, es decir, las
revoluciones por minuto (r.p.m.) se obtiene a partir de la siguiente expresión.
n
120 x f (rpm)
p
Donde:
f = frecuencia en Hertz
P = números de polos
n = revoluciones por minuto
Cuando existe un cambio en la carga, habrá un cambio instantáneo en la
velocidad que durará muy pocos ciclos, pero la velocidad media será la
misma.
De la expresión se deduce que la velocidad de estos motores es
directamente proporcional a la frecuencia de la tensión aplicada al devanado
del inducido e inversamente proporcional al número de polos, y mientras no
varíe la frecuencia y el número de polos, no variará la velocidad.
Por
consiguiente un motor síncrono, tiene velocidad absoluta constante y puede
emplearse cuando hay que mantener en todos los instantes una velocidad
determinada.
51
SUB-TEMA 6 REPORTE DE PRUEBAS A REALIZAR
El rango de fabricación es de: Motores y generadores de inducción: desde
0.56 Kw. (0.75 hp) hasta 5225 Kw. (7000 hp), en tensiones desde 220 hasta
13800 volts. Alternadores y motores síncronos: desde 5kw
hasta 5000 Kw,
en tensiones desde 220 hasta 13800 volts.
Grupos m-g con frecuencias de entrada / salida de 60/50 Hz,
60/400 hz.
Debido a la gran competencia en el mercado de las maquinas eléctricas
rotatorias tanto de fabricación nacional como extranjera, y a la diversidad y
flexibilidad de sus productos, esta empresa se dedica principalmente a
fabricar equipos especiales o para experimentación. Tomando en cuenta lo
anteriormente descrito, gran parte de su fabricación es de exportación, esto
requiere que los equipos deban cumplir con las especificaciones del cliente o
las normas vigentes de fabricación y prueba según el país al que se
exportará.
Si el equipo es de fabricación estándar, se le coloca un número conocido
como producto terminado el cual contiene toda la información que el
departamento de compras requiere para adquirir los materiales necesarios
para su fabricación.
En el caso en el cual el equipo sea de fabricación especial, se debe
comprobar que toda la información proporcionada por el cliente, es la
adecuada,
se
procede
a
la
estructuración
del
nuevo
producto
proporcionándole un nuevo número de producto terminado, el cual incluye un
nuevo número master eléctrico, la
estructuración del nuevo producto
contiene la información necesaria para la adquisición de todos los materiales
requeridos para su fabricación, mientras que el master eléctrico, contiene
52
toda la información técnica para la fabricación del producto así como valores
de prueba teóricos los cuales son necesarios en el laboratorio de pruebas
para poder realizar sus ajustes en el producto.
En el laboratorio de pruebas se debe tener toda la información técnica para
de ser necesario, realizarle pruebas adicionales al equipo. Por ejemplo, si es
estándar, solo realizarle
las pruebas de rutina y si es especial, tener la
información de que pruebas se requerirán, bajo
que norma deben ser
cotejados los resultados, así mismo de contar con
valores máximos y
mínimos con los cuales poder decidir cuando detener la prueba o cuando
aceptarla. Cuando las pruebas son terminadas, el responsable del laboratorio
de pruebas, tiene la obligación de entregar un reporte de todas las pruebas
realizadas, con sus comentarios y resultados para ser revisados y
comparados con los valores obtenidos por los programas de diseño.
Se realizó prueba a un generador de inducción con una capacidad de 800
Kw., 60 Hz, 6600 volts, 2 polos, construcción vertical.
Las pruebas que se le aplicaron fueron las de una maquina prototipo y
estuvieron basadas en la norma IEEE-112-1984, siendo las siguientes:
 Inspección visual.
 Prueba de vacío.
 Potencia nominal y corriente a plena carga.
 Incremento de temperatura.
 Resistencia de aislamiento.
 Potencial aplicado.
 Vibración.
 Sobrevelocidad.
En este caso las pruebas de resistencia de aislamiento, potencial aplicado,
vibración y sobrevelocidad, fueron realizadas de acuerdo a lo indicado en la
norma NEMA.
53
La prueba de potencia nominal y corriente de plena carga, se realizó
siguiendo el procedimiento indicado por IEEE-112 método f circuito
equivalente, esto fue debido a que la capacidad de la maquina era alta y en
este caso IEEE-112 aconseja realizarla por medio del circuito equivalente,
además de que era de construcción vertical. Por este método se obtuvieron
los valores de eficiencia y factor de potencia a plena carga y 75% de su
carga nominal, los cuales eran valores críticos ya que se tenía que cumplir
con un valor especificado.
La prueba de incremento de temperatura se realizó siguiendo el método de
doble frecuencia el cual también es aprobado por IEEE-112, teniendo un
incremento total de temperatura menor a 80° centígrados a una altura de
1000 metros sobre el nivel del mar.
Un motor síncrono se puede acoplar mecánicamente con un alternador,
siendo la principal función de este equipo la de obtener una diferente
frecuencia en la salida del alternador. Esta transformación de la frecuencia
se obtiene encontrando la relación de velocidad con el número de polos, por
ejemplo si algún equipo requiere 400hz para su operación y la línea de
alimentación es de 60hz, entonces aplicando la fórmula;
f
pn
120
Donde: f: es la frecuencia.
p: es el número de par de polos
n: es la velocidad de operación
Partiendo de que la frecuencia de alimentación es de 60hz, despejando de la
fórmula anterior tenemos que la velocidad de operación del motor síncrono
de 6 polos es de
n
120x60
1200 rpm
6
54
Si a este motor le acoplamos un alternador de 40 polos el cual estará girando
a una velocidad de 1200 rpm, tendremos una frecuencia de:
f
40x1200
400 Hz
20
En el caso que se requiera una frecuencia de 50hz, teniendo una
alimentación de 60hz, se necesitará un motor de 12 polos que girará a 600
rpm, y un alternador de 10 polos el cual girando a 600 rpm, se obtendrá una
frecuencia de 50hz.
Si se tiene una tolerancia de aproximadamente un 5% en la frecuencia de
salida, es posible usar un motor de inducción en lugar de uno síncrono, las
ventajas de uso del motor de inducción en lugar del síncrono, es que éste es
mas económico tanto en su construcción como su mantenimiento y su equipo
de arranque. Las desventajas serian que la frecuencia de salida no sería
constante ya que variaría con respecto a la carga aplicada, la frecuencia de
salida depende del deslizamiento del motor de inducción, otra desventaja
seria que el factor de potencia del motor también depende del diseño de
éste, mientras que en el motor síncrono es posible ajustarlo e inclusive
ayudar a mejorar el factor de potencia de la línea a la cual ésta conectado.
Como ejemplo del uso del motor de inducción en lugar del síncrono, se diría
que un motor de inducción de 6 polos a plena carga tendría una velocidad de
1160 rpm, esto significa un deslizamiento de:
s
rpm sin cronno rpm a plena c arg a
x100 3.333
rpm sin crono
Lo cual quiere decir que el alternador tendría una frecuencia de salida de
f
40x1160
386.6 Hz
120
55
Por lo tanto si se utiliza un motor de mayor capacidad a la requerida
tendríamos una frecuencia más cercana a los 400hz, pero se tendría un bajo
factor de potencia, ya que el motor estaría trabajando a una carga menor a
su capacidad.
A continuación se describe la prueba que se realizo a un motor de 7.5 Kw.
(10 hp), 4 polos, 60 Hz. 220/440 Volts, inducción jaula de ardilla, diseño b,
tipo totalmente cerrado con ventilación, en este caso fue una prueba
prototipo.
El primer paso fue verificar los datos de placa del motor para conocer todas
sus características y de esta manera hacer los ajustes y consideraciones
necesarias para la realización de las pruebas, así como determinar las
escalas adecuadas para los instrumentos de medición. Una vez apuntados
todos los datos de placa en el formato correspondiente, se realizó una
inspección visual, la cual consistió en hacer girar el rotor con la mano para
probar que no existía algún rozamiento entre el rotor y el estator, así como
verificar la no existencia de algún ruido producido por los rodamientos.
El siguiente paso fue aplicar las pruebas que se conocen como estáticas, las
cuales son:
Resistencias ohmicas, que consistió en medir el valor de resistencia entre
fases. el equipo utilizado fue un puente de Wheatstone, tipo 2768 y un
termómetro con la escala de 0-100 ° C, tipo bulbo. cc
Al realizar esta prueba, fue necesario conocer el valor de la resistencia de
diseño, en la cual el valor real no debió tener una diferencia del 5% y no
tener un desbalanceo entre terminales del 2%, si esto ocurriera, se
rechazaría el motor ya que podría estar mal embobinado o mal soldado.
56
La siguiente fue la prueba dieléctrica, en la que medimos la resistencia de
aislamiento entre el devanado y tierra. Para lo cual el valor no debe ser
menor a:
(kv + 1)=megaohms.
Otra de las pruebas estáticas es la de potencial aplicado, que consiste en
aplicar una tensión que es igual a dos veces los kv nominales + 1, siendo
este un valor normalizado que tiene como finalidad la de verificar que el
aislamiento soporte los esfuerzos eléctricos provocados por la tensión
nominal durante su vida útil, el equipo utilizado fue una fuente de alta tensión
hipotronics, modelo 710-5.
Una vez realizadas y aprobadas las pruebas estáticas se continuó con las
dinámicas las cuales son:
Prueba en vacío, esta consiste en aplicarle los valores nominales de tensión
y frecuencia, dejarlo correr libre, esto es sin carga, por un tiempo aproximado
de 30 minutos hasta que no exista una diferencia en la potencia de entrada.
El equipo utilizado para la realización de esta prueba fue: vóltmetro 18935,
tipo 904; amperímetro 52967m, tipo 2013; ampérmetro 17415, tipo 904;
wáttmetro 21996, tipo 432; wátmetro 21997, tipo 432.
La siguiente prueba fue la de rotor bloqueado: La finalidad de esta prueba
fue la de obtener la corriente y el par que desarrolla el motor en el arranque.
Estos valores son muy importantes ya que a partir de estos se puede
conocer la calidad de la máquina, los parámetros de arranque se encuentran
normalizados y es muy importante que se cumplan ya que de no serlo así la
máquina no puede ser comercializada. Cuando se realizo esta prueba,
tuvimos las precauciones necesarias ya que se puede obtener altos
esfuerzos mecánicos y altos incrementos de temperatura. Los valores
obtenidos en la prueba de vacío y rotor bloqueado aparecen descritos en el
siguiente subtema 7.
57
SUB-TEMA 7 LLENADO DE FORMATOS.
FORMATO 7.1
Forma típica para el reporte de Prueba de Rutina a Motores de Inducción
Fabricante ABB Sistemas S.A. de C.V
Dirección del fabricante Tlalnepantla Edo. De México
Fecha de prueba
1/27/2001
No. Orden
Fabricante MX – 3388
No. Orden
Cliente: ABB Sistemas S.A. de C.V.
Cliente MX4433 3388
Datos de Placa
Kw.
Factor de Velocidad
Nominales Servicio
Min-1
7.5
1.0
1725
Fases
3
Frecuencia
Hz
60
Tensión
volts
220/440
Corriente
amperes
25.5/12.8
Incremento Temp. Amb.
Letra Letra Código
De Temp. Por y Clase de
Diseño Rotor Bloq.
Armazón El Método
Aislamiento Servicio
KWA/hp
Tipo
TCCV
No indicado
215T
40ºC/No indicado
continuo
B
D
Tensión
Rotor
Circuito
Abierto
Alto
Pot.
Resistencia
Estator
L-L
V
KW
Características de la prueba
No.
Serie
RE2
Rotor
Bloqueado
Vacío
V
Hz
min-1 A
44
0
60
1798
Kw
V
Hz
A
60
KW
N/A
1.90
Nota: Los datos de esta prueba son de un motor nuevo
Aprobado por: Julio C. Morales Totosaus
Fecha: 27 de enero del 2001
58
ºC
Ohm
1.56
19
Ya que este motor era prototipo, según nos comentó el cliente y para obtener
la mayor información posible de él, se le hizo la prueba de saturación en
vacío que consistió en tomar lecturas de tensión, corriente y potencia de
entrada desde un rango de 125% de su tensión nominal y descendiendo
hasta el punto donde una pequeña reducción de tensión
incrementa la
corriente. Una vez obtenidos los valores sé graficó la potencia de entrada
contra la tensión al cuadrado para obtener una línea recta, la cual se
prolongó a una tensión cero y el valor que se obtuvo de potencia se
considera como la potencia de fricción y ventilación, restando este valor y las
pérdidas por efecto joule en el devanado del estator (i r) a la potencia de
entrada en vacío a la tensión y frecuencia nominal obtuvimos la potencia que
el motor requiere para la generación del campo magnético, siendo este valor,
muy importante ya que depende completamente de la calidad del acero
eléctrico y de la herramienta que se utilizó para la fabricación de este núcleo.
todos estos valores se consideran como pérdidas del motor.
El equipo utilizado para la prueba de saturación fue: voltímetro, amperímetro,
wáttmetro, tacómetro, termómetro de 0-100° c., tipo bulbo. Los valores
obtenidos de la prueba anterior aparecen en la tabla 7.1 Que fueron
utilizados para la realización de la curva mostrada en la gráfica 7.1
tensión
volts
550
500
466
440
404
357
310
259
216
182
141
corriente
amperes
6.10
5.12
4.81
4.45
3.93
3.42
2.93
2.40
2.02
1.70
1.38
potencia
watts
558
520
345
308
275
234
197
159
130
126
115
velocidad temp. Motor temp. amb.
min
°C
°C
1798
23.8
16.6
1798
23.8
16.8
1798
23.8
17.3
1797
23.9
17.6
1797
23.9
18.2
1797
23.9
18.5
1796
23.9
18.7
1796
24.0
19.1
1796
24.0
19.6
1796
24.0
19.6
1796
24.9
19.6
59
Tabla 7.1
Gráfica 7.1 Curva para la obtención de las pérdidas de fricción y ventilación a partir de los
valores de saturación en vacío.
La siguiente fue la prueba de incremento de temperatura para lo que
aplicamos carga real. El equipo utilizado fue el siguiente: voltímetro,
amperímetro; wattmetro, tacómetro, báscula 75 Kg. Termómetro 0-110° C,
tipo bulbo; Dinamómetro 30 HP.
El objetivo de esta prueba fue el de monitorear el incremento de temperatura
del motor hasta que no hubiera una diferencia mayor a 1° C entre lectura y
lectura siendo el tiempo. Entre cada lectura de 30 minutos, al mismo tiempo
que no existiera una variación en la temperatura ambiente mayor de 1° C. La
maquina se encontraba protegida de corrientes de aire, ya que una pequeña
corriente de aire podría causar grandes discrepancias en los resultados
finales. El motor fue alimentado con su tensión y frecuencia nominal, los
resultados obtenidos de esta prueba se muestra en la tabla 7.2
60
Tiempo Tensión Corriente Potencias Velocidad Báscula
Min.
volts
amperes
KW
Min-1
Kg. a
½ mt.
5:50
440
12.475
8.481
1737
7.87
6:20
440
12.475
8.481
1729
7.87
6:50
440
12.425
8.481
1724
7.87
7:20
440
12.425
8.481
1723
7.90
7:50
440
12.550
8.407
1722
7.82
8:20
440
12.550
8.593
1721
7.92
8:50
440
12.550
8.593
1721
7.92
9:20
440
12.550
8.593
1720
7.92
Temp.*
Motor
˚C
34.6
46.8
52.5
55.0
55.8
56.0
55.9
56.0
Temp.
Amb.
˚C
22.2
21.6
21.0
20.8
20.6
20.5
19.9
20.2
Tabla 7.2
La temperatura mas alta en un motor es la que se presenta en el
embobinado, esta temperatura la obtuvimos
por medio del valor de la
resistencia del devanado al final de la prueba. Este valor debe ser en el
momento en que se corta la alimentación al motor, pero debido a que el
motor sigue girando, resulta imposible hacer la medición exactamente en el
corte de energía, pero se puede obtener un valor muy aproximado tomando
valores de resistencia en el momento exacto en que el rotor deja de girar y
hasta hacer 15 lecturas cada 30 segundos. Con estos valores graficamos la
curva mostrada en la grafica 7.2 en la cual es posible obtener la resistencia a
un tiempo cero.
Grafica 7.2 Curva para la obtención del valor de la resistencia del embobinado en un tiempo
cero a partir de los valores de la prueba de incremento de temperatura.
61
En la tabla 7.3 se indican los valores obtenidos en la medición de la
resistencia después del corte de energía y que el rotor se encontraba
completamente estático.
Resistencia L – L
ohms
2.208
2.183
2.160
2.141
2.124
2.111
2.100
2.090
2.081
2.074
2.068
2.062
2.058
2.054
2.049
Tiempo
Min.
0:30
1:00
1:30
2:00
2:30
3:00
3:30
4:00
4:30
5:00
5:30
6:00
6:30
7:00
7:30
Temp. ambiente
°C
22.5
22.5
22.5
22.5
22.5
22.5
22.5
22.4
22.4
22.4
22.4
22.4
22.4
22.4
22.3
Tabla 7.3 Variación de la resistencia del devanado al corte de la energía en la prueba de
Incremento de temperatura
El valor final de incremento de temperatura, por norma, se debe dar a una
altitud de 1000 metros sobre el nivel del mar, como esta prueba se realizó en
la Ciudad de México la cual tiene una altura de 2240 metros sobre el nivel del
mar., se aplicó la siguiente formula:
Tt
Donde:
R2
(234.5 T1 ) 234.5;
R1
T1
Tt T2 ;
T2
T1 1
2240 1000
10000
Tt: Es la temperatura total
R1: Es la resistencia en frío
R2: Es la resistencia en caliente a un tiempo cero tomada de la
curva, de la grafica 7.2
62
T1: Es la temperatura ambiente cuando se midió R1
T2: Es la temperatura ambiente cuando fue medida R2
Δ T1: Es el incremento de temperatura a 2240 msnm
Δ T2: Es el incremento de temperatura a 1000 msnm
Aplicando las ecuaciones y los valores de prueba, obtuvimos que el
incremento de temperatura a 1000 msnm es igual a:
Tt
2.258
234.5 19
1.566
Tt
131 C
234.5;
T1 13.1 20.2;
T1 110.8 C
T2
110.8 1
2240 1000
10000
T2
97 C
La prueba a diferentes cargas se realizó cuando el motor tenía su incremento
de temperatura máxima, para lo cual se utilizó el Formato 7.2 en el que
aparecen todas las lecturas y cálculos realizados para la obtención de los
parámetros de la maquina.
63
FORMATO 7.2
Método B: Prueba Entrada – Salida a Maquinas de Inducción
Tipo TCCV
Diseño B
3
Hz 60
Tensión 220/440
Incremento de temp. º C N / I
Prototipo
Armazón 215T
KW 7.5
Vel. Min-1 1725
Servicio Continuo
Punto de prueba
1
2
Carga %
25.5 49.0
(tt) temperatura devanado estator, º 63.7 64.0
C
Temperatura Ambiente, º C
21.6 21.7
Frecuencia, Hz
60
60
Deslizamiento, %
1.27 2.44
Velocidad, min-1
1777 1756
Par, Nm
10.07 19.77
Corrección del dinamómetro, Nm
0.19 0.19
Par corregido, Nm
10.26 19.96
Potencia de salida, KW
1.91 3.67
Corriente de línea, amp.
5.00 6.90
Factor de potencia, %
61.4 81.3
Potencia de entrada, KW
2.343 4.278
Eficiencia, %
81.5 85.7
Fases
No. Serie RE2
Modelo No.
3
71.5
64.3
4
93.6
64.3
5
114.4
64.4
6
134.3
64.5
21.8
60
3.88
1730
29.42
0.19
29.61
5.36
9.72
86.8
6.435
83.3
21.8
21.7
60
60
5.33
7.11
1704 1672
39.12 48.77
0.19
0.19
39.31 48.96
7.02
8.58
12.97 16.25
88.7
90.4
8.779 11.197
80.0
76.6
21.7
60
9.00
1638
58.47
0.19
58.66
10.07
19.75
89.7
13.503
74.5
Datos obtenidos de la curva de comportamiento
% de Carga
Factor de potencia, %
Eficiencia, %
Velocidad, min-1
Corriente de línea,
amperes
25.5
61.4
81.5
1777
5.00
49
81.3
85.7
1756
6.90
71.5
86.8
83.3
1730
9.72
93.6
88.7
80.0
1704
12.97
114.4
90.4
76.6
1672
16.25
134.3
89.7
74.5
1638
19.75
tt = temperatura del devanado del estator determinado por la resistencia del
estator o por detector de temperatura durante la prueba. Las correcciones del
par por fricción y ventilación del dinamómetro, son iguales a:
C
A B
Kn
64
La prueba final fue la obtención de la curva par-velocidad, que tuvo como
finalidad obtener el par máximo que alcanzaría el motor. El procedimiento fue
el siguiente: estando el motor acoplado al dinamómetro, se le comenzó a
aplicar carga empezando desde el valor mínimo posible y comenzar a
incrementar poco a poco hasta llegar al punto en que si se le aplicaba mas
carga al motor, este presentaba un brusco deslizamiento el cual podría
causar inclusive que el motor se quemara, los valores obtenidos de esta
prueba se encuentran en la tabla 7.4
tensión
volts
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
corriente
amperes
5.02
7.07
9.90
12.8
16.1
19.9
24.1
29.0
37.9
44.7
45.5
45.9
46.8
46.9
velocidad
min
1784
1764
1743
1721
1695
1662
1614
1558
1414
1399
1278
1200
1170
1142
potencias
KW
1.94
3.85
5.73
7.49
9.18
10.96
12.32
13.4
13.63
13.41
12.67
12.16
11.6
11.13
Lect. Bascula
kg. A 1/2 mt
1.987
3.987
5.997
7.937
9.887
12.037
13.935
15.687
17.587
17.487
18.087
18.487
18.087
17.787
*temp. Motor
°C
48.0
46.0
45.5
45.5
45.5
44.2
44.5
45.0
46.0
48.5
50.0
53.0
57.5
61.4
*Temperatura registrada en el armazón
Tabla 7.4 resultados de la prueba para la obtención de la curva par-velocidad
Donde:
A = potencia, en watts, requeridos para mover la maquina cuando es
acoplada al dinamómetro con el circuito de armadura del dinamómetro
abierto.
B = potencia, en watts, requeridos para mover la maquina cuando corre libre
y desacoplada.
C = par de salida leído por el dinamómetro durante la prueba “A”
k = 0.1047 para el par en Nm
n = velocidad de rotación min-1
65
El par corregido es igual al par medido más la corrección
Este valor es igual a la potencia leída en watts más la corrección.
Como conclusión de los resultados obtenidos, diría que el motor en la prueba
de rotor bloqueado cumple con lo especificado por la Norma Oficial Mexicana
pero comparando con la placa de datos la letra clave que indica la corriente
de arranque es incorrecta. La corriente y la velocidad de plena carga que
aparecen en la placa de datos se encuentran dentro de un 5% de los valores
obtenidos por la prueba, lo cual es correcto. En el caso de incremento de
temperatura, la placa de datos no indica el tipo de aislamiento con el que se
fabricó el motor, si consideramos que se fabricó con un aislamiento clase B
se encontraría fuera ya que su incremento de temperatura fue mayor de 80
C, si fuera aislamiento clase F se encontraría dentro ya que su incremento de
temperatura fue menor de 105º C.
Los valores de nivel de ruido y vibración están dentro de lo especificado por
la norma Oficial Mexicana.
El resultado final fue que si el motor se fabricó con un aislamiento clase B,
este debe ser rechazado. Si el aislamiento fue clase F, es aceptado.
66
ANÁLISIS CRÍTICO DE LOS DIFERENTES ENFOQUES
En el transcurso de la elaboración de la tesis de “Prueba a Motores
Eléctricos de Inducción” se dejan ver los diferentes enfoques que manejan
diferentes autores sobre las “Prueba a Motores Eléctricos de Inducción”.
Estas distintas opciones empiezan a complicar el entendimiento de las
personas que estén consultando este tema; ya que un autor expone el tema
de manera muy amplia y profunda, con términos científicos que la mayoría
de los lectores no alcanza a entender claramente.
Mientras que por otro lado, hay autores que plantean y explican el mismo
tema de manera más fácil y práctica, a modo que resulte más fácil entender
a todo tipo de lectores.
Debido a estas circunstancias el objetivo que se persigue con este trabajo es
que el lector comprenda la explicación del tema y aprenda el verdadero
conocimiento; así mismo que pueda detectar fallas, analizar y darle solución
a los problemas que se plantean en esta investigación.
67
CAPÍTULO III
68
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La prueba de un motor eléctrico constituye una etapa sumamente importante
durante el ciclo de su fabricación, ya que en dicha etapa se determinan las
características de funcionamiento y la precisión con la que las lecturas de
prueba concuerdan con los valores calculados durante el diseño y / o
fabricación.
Uno de los puntos más importantes, en nuestros días, por el cual se
selecciona un motor de una marca en lugar de otra, es la eficiencia que
pueda desarrollar en su funcionamiento, y la única manera de saber su valor
real de eficiencia es sometiéndolo a pruebas, las cuales serán llevadas a
cabo por el fabricante del motor o por algún laboratorio certificado para ello.
Para poder tener una prueba confiable y segura, es necesario conocer el
alcance del laboratorio de pruebas, así como el tamaño del motor, para que
de esta manera seleccionar el método de pruebas mas adecuado.
Para que los motores fabricados en México puedan tener acceso a mercados
extranjeros, y competir con motores de fabricación extranjera que existen en
nuestro mercado, es recomendable que las Normas Oficiales Mexicanas
sean compatibles con las Normas extranjeras más importantes como son
IEC, NEMA, BS, de lo contrario nuestros productos no podrán ser
introducidos en otros países. Si el usuario final tiene la seguridad de que los
motores de fabricación nacional, cumple con los mismos requisitos que uno
de fabricación extranjera y posiblemente a un menor precio, seleccionara uno
de fabricación nacional y de esta manera se contribuirá en el crecimiento
económico, social y cultural de nuestro país.
69
BIBLIOGRAFÍA
1. - Máquinas eléctricas y transformadores.
Autor: I.L. KOSOW
2. - Máquinas eléctricas transformadores y controles.
Autor: Harold W. Gingrich
3. - IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and
Generators
(IEEE Std 112 – 1984)
Autor: Publicado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos
4. - Norma Oficial Mexicana. NOM – 433 – 1987
Autor: Secretaría de comercio y fomento Industrial
Editorial: Dirección General de Normas
5. - Foro de colaboradores. Pruebas a motores eléctricos
Autor: Luis A. Padilla.
6. - ABC de las Máquinas Eléctricas. Tomo II. Motores de corriente alterna
Autor: Gilberto Enríquez Harper
7.- Biblioteca Práctica de Motores Eléctricos
Autor: R.J. Lawrie
Editorial: Limusa
8.- Selección y Aplicación de Motores Eléctricos
Autor: Gilberto Enríquez Harper
Editorial: Limusa
70
APENDICES
APÉNDICE 1
NORMAS Y DEFINICIONES DE LA N.E.M.A.
 MG3-10 Selección apropiada de motores eléctricos.
Debe tenerse gran cuidado para seleccionar apropiadamente el equipo
eléctrico con el fin de obtener un buen funcionamiento y servicio. Cuando el
equipo está expuesto a grandes riesgos, debe consultarse al fabricante, en
especial si se utilizará en las siguientes condiciones:
1) Exposición a vapores de origen químico.
2) Funcionamiento en lugares húmedos.
3) Funcionamiento a velocidades superiores a la sobrevelocidad
especificada.
4) Exposición a polvos combustibles o explosivos.
5) Exposición a polvo arenoso o electroconductivo.
6) Exposición a hilazas o hilachas
7) Exposición al vapor de agua.
8) Funcionamiento en locales mal ventilados.
9) Funcionamiento dentro de pozos, cajas o recipientes enteramente
cerrados.
10) Exposición a gases inflamables o explosivos.
11) Exposición a temperaturas por debajo de 10 ° C.
12) Exposición a vapores de aceite.
13) Exposición al aire salobre.
14) Exposición a choques o vibraciones anormales de origen externo.
15) Funcionamiento con desviación excesiva del voltaje nominal.
16) Donde se requiere la operación en paralelo de generadores.
17) Donde hay desequilibrio de la tensión de corriente alterna de la línea
de suministro
71
 MG50-60 Temperatura ambiente
La temperatura ambiente es la del medio (aire o agua) que, en contacto con
las partes calientes de un motor, absorbe y elimina su calor.
NOTA. La temperatura ambiente es la “temperatura del local” en relación con
los equipos enfriados con aire y que no están provistos de ventilación
artificial.
 MG50-64 Carga nominal
La carga nominal es la potencia de salida de un motor (en HP), de un
generador de corriente continua. (en KW) o de un generador de corriente
alterna. (en KWA)

MG50-67 Par estático o a rotor bloqueado de un motor de corriente
alterna.
El par estático o a rotor bloqueado o detenido es el par mínimo que
desarrolla un motor en todas las posiciones angulares de su rotor, estando
éste inmovilizado (mantenido en reposo) y teniendo aplicados el voltaje y la
frecuencia nominales.
 MG50-76 Pruebas dieléctricas o de aislamiento.
Las pruebas dieléctricas consisten en la aplicación de una tensión mayor que
el voltaje nominal durante un tiempo especificado y tienen por objeto
determinar la adecuación de aislamientos y las distancias entre partes vivas.
 MG50-140 Velocidad nominal.
La velocidad nominal de un motor de corriente alterna para uso general es la
velocidad normal.
O a plena carga estampada en la placa del motor.
72
 MG50-141 Motores de velocidad constante.
Un motor de velocidad constante es aquel cuya velocidad en
funcionamiento normal o prácticamente constante. Por ejemplo, un motor
síncrono, uno de inducción con pequeño deslizamiento o un motor de
corriente continua.
 MG50-142 Motores de velocidad variable.
Un motor de velocidad variable es aquel cuya velocidad varía con la carga,
disminuyendo generalmente cuando aumenta ésta. Por ejemplo: un motor de
tipo serie o un motor de inducción con gran deslizamiento.
 MG50-143 Motores de velocidad ajustable.
Un motor de velocidad ajustable es aquel cuya velocidad puede ser variada
gradualmente en un intervalo considerable, pero una vez ajustada a cierto
valor permanece prácticamente sin influencia de la carga; por ejemplo: un
motor de corriente continua con control de resistencia del inductor, diseñado
para un intervalo considerable de ajustes de velocidad.
 MG50-180 Rotor.
El rotor de una maquina eléctrica es su parte giratoria
 MG50-181 Rotor de jaula de ardilla.
Este tipo de rotor, que es el de los motores asíncronos de tal nombre, tiene
su circuito eléctrico formado por barras conductoras.
73
APÉNDICE 2
PRECAUCIONES NECESARIAS ANTES DE PONER EN MARCHA
MOTORES
DE CORRIENTE .ALTERNA Y CORRIENTE CONTINUA
1) Desempaque: Después de desempacar un motor, búsquense señales
de daños causados en el transporte y repórtense inmediatamente
todos los desperfectos encontrados. Guárdense en lugar apropiado
los esquemas de conexi6n y los instructivos enviados con el motor.
2) Datos de placa: Cerciórese de que los datos de placa (clase de
corriente, voltaje, frecuencia, número de fases, potencia, velocidad,
etc.), marcados en el motor’son los correctos para la instalación
existente. Si se trata de un motor de C.A. para dos diferentes voltajes,
revise que las conexiones de terminales sean las correctas.
3) Protección contra sobrecorriente: Revísese que la línea o
instalación cuente con los fusibles, protectores contra sobrecarga,
etc., adecuados para los motores por arrancar. (Véase la última
edición del Reglamento Eléctrico Nacional.)
4) Libertad de movimiento: Desmontando la correa o banda de
transmisión véase que el motor y su carga puedan girar libremente,
antes de proceder a su accionamiento. En el caso de un acoplamiento
directo, revísese que, con la mínima carga, tanto el rotor como la
máquina impulsada puedan ser girados a mano, sin dificultad.
5) Lubricación de cojinetes de casquillo: Hay que revisar que todo
cojinete esté lubricado según el instructivo fijado al motor. Si sé utiliza
hilaza de lana, véase que se tenga el aceite suficiente para saturar tal
elemento, antes de poner en marcha el motor.
74
6) Lubricación de cojinetes de balas, rodillos, etc.: Los motores de
esta clase tienen sus cojinetes empacados con la dotación de grasa
suficiente para un tiempo limitado.
7) Base o cimentación firme y segura: Véase que el motor instalado
esté bien sujeto a su base o cimentación.
8) Conexiones: Revísese que todas las conexiones de un motor, junto
con las de su arrancador y demás accesorios, estén hechas
correctamente de acuerdo con lo indicado en los instructivos y
esquemas proporcionados con ellos.
9) Tierra: Excepto las unidades portátiles, toda armazón de motor debe
ser conectada a tierra física.
10) Sentido de rotación: Hágase funcionar brevemente el motor sin
carga para comprobar su arranque y sentido de rotación. Si éste hay
que invertirlo, consúltese el instructivo o esquema de conexiones del
motor. Si se trata de uno trifásico estándar, intercámbiense las
conexiones de dos de sus terminales.
11) Tensión de correas o bandas: Este elemento debe tener solo la
tensión suficiente para que no ocurra resbalamiento. Revísese la
alineación de los ejes y poleas impulsoras e impulsados. Una tensión
excesiva o un desalineamiento pueden impedir el arranque con carga
del motor
y producir un rápido desgaste de los cojinetes. Si la
relación de las poleas es tal que requiera excesiva tensión de correa,
hay que cambiar tal relación. Si es posible, el lado inferior debe ser el
lado tirante de una banda de transmisión.
75
12) Exposición a polvo, suciedad y humedad: Si un motor ha estado
expuesto a tales condiciones en lugares de almacenamiento sin
protección, edificios en construcción, bodegas inundadas, etc., debe
ser secado y limpiado perfectamente antes de ponerlo a funcionar. Si
sus devanados se mojaron, desmóntese el motor y llévese al taller
para su secado. Nunca se arranque un motor que ha estado expuesto
a la humedad, sin antes haberlo secado completamente, ya sea
calentándolo en una estufa u horno secador a no más de 95º C (200
ºF) o bien haciendo circular corriente de baja tensión por sus
devanados hasta su total secamiento.
76
APÉNDICE 3
INSPECCIÓN PERIÓDICA DE MOTORES ELÉCTRICOS
Es necesaria una inspección sistemática y periódica de los motores para
conseguir un óptimo funcionamiento. Por supuesto, algunos de ellos están
instalados en las mejores condiciones, donde el polvo, la suciedad y la
humedad no existen en grados apreciables; pero la mayoría de los motores
se instalan en lugares donde se acumulara alguna especie de suciedad
sobre los devanados, reduciendo la resistencia de aislamiento y acortando
las distancias de escape entre partes vivas y tierra. Algunos polvos son
altamente abrasivos, y siendo introducidos por el aire de ventilación cortan
realmente el aislamiento. El polvo fino de hierro colado o furidici6n penetra
rápidamente la mayoría de los materiales aislantes. Por lo anterior, es
evidente la necesidad de limpiar periódicamente los motores. Si las
condiciones son extremadamente severas, los motores de tipo abierto quizá
requieran cierto grado de limpieza cada día. En condiciones menos severas
es deseable la inspección y limpieza parcial cada semana. La mayor parte de
los motores necesitan una revisión y limpieza completas una vez al año. La
limpieza semanal puede hacerse sopleteando los motores
 LIMPIEZA PERIÓDICA DE MOTORES ELÉCTRICOS
Aproximadamente una vez al año todo motor debe desmontarse y limpiarse
como sigue:
Primero quítense las capas gruesas de polvo y mugre con un cepillo fuerte y
firme, con rascadores de madera o fibra y con trapos. El polvo seco y
suciedad floja pueden quitarse sopleteando con aire comprimido seco a
presión moderada, teniendo cuidado de soplar el polvo fuera de los
devanados. Si el polvo y la suciedad son metálicos, conductores o abrasivos,
el aire a presión puede hacer penetrar estos materiales en el aislamiento y
dañarlo seriamente.
77
Por lo tanto, en tales condiciones, el sopleteado no es tan satisfactorio como
el método de aspiración. Si se emplea aire comprimido de baja presión, hay
que tener cuidado en dirigir el chorro de manera que el polvo no cause daños
y no se formen acumulaciones en los sitios inaccesibles de grasa, el aceite y
el polvo pegajoso se desprenden fácilmente aplicando líquidos limpiadores
tales como tetracloruro de carbono o gasolina. Todos estos líquidos se
evaporan rápidamente, y si no se aplican con la suficiente abundancia no
alcanzaran a remojar y desprender la suciedad.
El aislamiento debe secarse calentándolo de 90 a 100ºC. Mientras esté
caliente se aplicará barniz aislante de secado al aire.
APÉNDICE 4
CAMBIO DE ROTACION DE MOTORES DE POTENCIA FRACCIONARIA I
Para eliminar los complicados mecanismos de cambio de rotación con
funcionamiento puramente mecánico y proporcionar una impulsión más
eficaz y segura, se construyen en la actualidad muchos dispositivos con
accionamiento por motor eléctrico reversible. Reguladores de voltaje,
esmeriladoras, transmisiones de relación variable, reóstatos de excitación,
accionadores de puertas, dispositivos para pesar y mecanismos de
telescopios, son algunos de los aparatos en que pueden encontrarse
motores reversibles de potencia fraccionaría. Algunas aplicaciones requieren
inversión rápida de sentido, en otras es crítica la regulación de velocidad,
mientras que en otras puede necesitarse un control de velocidad de gran
amplitud. Algunos motores de potencia fraccionaria son reversibles porque
se han construido para arrancar y marchar en un sentido solamente. Por
ejemplo, parte de los motores de polos partidos o ”sombreados” (con bobinas
en corto circuito en una parte de cada polo, para el arranque) se construyen
para que giren sólo en un sentido y tendrían que reformarse completamente
para cambiar su sentido de rotación.
78
Otros motores pueden invertir su movimiento, en reposo o en marcha,
cambiando el sentido de su corriente de inducido o de inductor (en los de tipo
de escobillas) o bien el sentido de rotación del campo magnético en los de
inducción o asíncronos. Los motores reversibles se dividen en dos grupos.
Uno comprende los motores que pueden invertir su rotación sólo cuando
.están en reposo. Su rotación no puede cambiarse estando en marcha
porque el devanado de arranque, que produce el sentido de movimiento del
rotor, se desconecta de la línea por medio de un interruptor centrífugo. El
otro grupo .comprende los que sí pueden cambiar de sentido durante la
marcha. Esto se hace cambiando la polaridad relativa de los devanados, de
modo que un motor pasa, de plena velocidad en un sentido a plena velocidad
en el otro, por acción de fase dividida
APÉNDICE 5
CAMBIO DE ROTACION DE MOTORES DE POTENCIA FRACCIONARIA –
II
Las máquinas diseñadas y construidas para un rápido cambio de rotación y
con buenas características de inversión de marcha estarán especialmente
devanadas. Por ejemplo, podrán tener un inductor con devanado dividido en
dos secciones, tal que el cambio de conexión a la línea de una sección por la
de la otra produzca una inversión del par motor. Así mismo, en un motor tipo
”shunt” un fuerte campo magnético ayuda al cambio de rotación y a una
rápida aceleración. Lo anterior reduce la velocidad de marcha y, por tanto,
tales motores especialmente diseñados funcionan por lo general a
velocidades no superiores a 2 000 RPM. De los motores reversibles, los de
fase partida con el tipo ordinario de interruptor de arranque pueden cambiar
de sentido solamente cuando están en reposo.
79
En otros tipos de motores puede invertirse la rotación como sigue:
 MOTORES DE C.C. TIPO ”SHUNT”. Cambiando las conexiones del
devanado ”shunt” o del inducido, de modo que la corriente circule en
sentido contrario. Generalmente se cambian las del inducido porque
así se invierte la corriente que pasa por las escobillas y se prolonga su
duración. La rapidez de desgaste de éstas es afectada por acción
electrolítica y la inversión de corriente a intervalos regulares iguala el
desgaste entre las dos escobillas.
 MOTORES DE C.C. TIPO ”COMPOUND”. Se cambian las conexiones
del inducido. Un inductor de esta clase generalmente tiene mejores
características de inversión de marcha que uno de tipo ”shunt”, porque
el devanado serie del inductor aumenta la intensidad del campo
durante el período de cambio de sentido. Elevando la proporción de
amperes-vuelta del devanado serie a los del ”shunt”, se incrementa el
par de inversión pero se altera la regulación de velocidad.
 MOTORES DE INDUCCION CON CAPACITOR DE ARRANQUE Y
MARCHA.
Los devanados para este tipo de motor se asemejan a los de uno de dos
fases, puesto que tienen dos devanados independientes desplazados 90º
eléctricos. Su rotación se invierte cambiando las conexiones de uno u otro de
los devanados, pero suele ser más conveniente cambiar la del principal. Los
motores de inducción con capacitor pueden convertirse en síncronos usando
diferentes rotores y su sentido se cambiará de igual manera. No obstante, tal
conversión reduce la potencia disponible.

MOTORES DE INDUCCION POLIFASICOS. Los motores de inducción
de 2 o 3 fases tienen sus devanados, uno por fase, divididos
uniformemente en el mismo número de grados eléctricos.
80
La inversión de un motor bifásico se efectúa cambiando las conexiones de
cualquiera de sus devanados. La de un motor trifásico se realiza por
intercambio de dos de sus conexiones a la línea. Las características de
par de arranque y de inversión de los motores polifásicos son
excepcionalmente buenas. Esto se debe a que los devanados de cada
fase son idénticos y, a diferencia de los motores con capacitor, las
corrientes están equilibradas. Tienen una relación ideal de fases que
produce un verdadero campo rotatorio en todo el intervalo de operación,
desde la velocidad cero hasta la de plena carga. Los motores síncronos
polifásicos tienen también buenas características de inversión de marcha.
81
APÉNDICE 6
TABLA DE FORMULAS ELECTRICAS
CORRIENTE
CONTINUA
AMPERES
Conociendo HP
AMPERES
Conociendo KW.
AMPERES
Conociendo KWA
KW
HP X 746
E X N
KW X 1000
E
KWA
I X E
1000
I X F X N
746
POTENCIA
en la flecha HP
FACTOR DE
POTENCIA
UNITARIO
CORRIENTEALTERNA
1 FASE
3 FASE
HP X 746
HP X 746
E X N X f.p.
1.73 X E X N X f.p.
KW X 1000
KW X 1000
E X f.p.
1.73 X E X f.p.
KWA X 1000
KWA X 1000
E
1.73 X E
I X E X f.p.
I X E X f.p. X 1.73
1000
1000
I X E
I X E X 1.73
1000
1000
I X E X N X f.p.
I X E X N f.p. x 1.73
746
746
W
W
E X I
1.73 X E X I
i = corriente en amperes
f.p. = factor de potencia
e = tensión en volts
kw = potencia en kilowatts
n = eficiencia en decimales
kwa = potencia aparente enkilovoltamperes
hp = potencia en hourse power
w = potencia en watts
r.p.m. = revolución por minuto
r.p.m. = f x 120 / p
f = frecuencia
p = números de polos
* Para sistemas de 2 fases, 3 hilos, la corriente en el conductor común es
1.41 veces mayor que en cualquiera de los otros conductores
82
APÉNDICE 7
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
* ABREVIATURAS BASICAS
AM = AMPERMETRO
MD = MEDIDOR DE DEMANDA
DT = DETECTOR DE TIERRA
F
= FRECUENCIMETRO
FP = FACTORIMETRO
S
= SINCRONOSCOPIO
VM = VOLTMETRO
VARH = VARHORIMETRO
VARM = VARMETRO
WM = WATTMETRO
WHM = WATTHORIMETRO
83
APÉNDICE 8
SIMBOLOGÍAS BÁSICAS DE MAQUINAS ROTATIVAS
A) MOTOR
B)
MAQUINAS ROTATIVAS DE UNA FASE
C)
MAQUINAS ROTATIVAS DE DOS FASES
D)
MAQUINAS ROTATIVAS DE TRES FASES
(CONEXION ESTRELLA)
E)
MAQUINAS ROTATIVAS DE TRES FASES
(CONEXION DELTA)
F) MOTORES DE INDUCCION TIPO JAULA DE ARDILLA
G) MOTOR DE INDUCCION TIPO ROTOR DEVANADO
H) MOTOR SINCRONO
84
APÉNDICE 9
SIMBOLOGIA PARA DIAGRAMAS ELECTRICOS
A) BATERIA DE UNA CELDA
B) BATERIA MULTI – CELDA
C) BOBINA DE OPERACIÓN
B) BOBINA DE DERIVACION
C ) BOBINA EN SERIE
CONTACTORES
A) CONTACTOS DE OPERACION MANUAL
B) CONTACTOS DE OPERACION MAGNETICA
85
CONTACTOS
A) CONTACTOS NORMALMENTE ABIERTO
B) CONTACTOS NORMALMENTE CERRADO
C) CONTACTO CON BOBINA DE SOPLO
CONTACTO DE ACCION RETARDADA
A) NORMALMENTE ABIERTO CUANDO LA
BOBINA ESTA ENERGIZADA
B) NORMALMENTE CERRADO CUANDO LA
BOBINA ESTA ENERGIZADA
C) NORMALMENTE ABIERTO CUANDO LA
BOBINA ESTA DESENERGIZADA
D) NORMALMENTE CERRADO CUANDO LA
BOBINA ESTA DESENERGIZADA
86