Caracterización de motores de inducción de CA

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Los objetivos de este experimento son encontrar los parámetros del circuito equivalente de un motor de inducción trifásico usando el circuito equivalente por fase y pruebas similares a las utilizadas en la caracterización de transformador. En ingeniería eléctrica, un circuito equivalente (o circuito teórico) puede determinarse para un sistema dado. El circuito equivalente conserva todas las características del sistema original y se utiliza como modelo para simplificar cálculos. Otro objetivo es operar el motor en la región de esfuerzo de torsión-velocidad lineal.

El motor de inducción trifásico es alimentado por corriente trifásica tensiones o corrientes que inducen campos magnéticos tres. Estos campos se suman a un campo magnético acumulado, que gira en el espacio con amplitud constante y se denomina campo magnético del estator. El campo magnético induce corriente en barras de metal del rotor o bobinas, que a su vez inducen su propio campo magnético, como el campo magnético de rotor. Cuelga el rotor dentro del estator y el campo magnético de rotor intenta bloquear al campo giratorio de magnético del estator, haciendo que el rotor gire. El rotor se hace típicamente de barras de rotor con anillos de extremo, formando lo que comúnmente se conoce como una "jaula de ardilla".

Modelos del circuito equivalente por fase del estator y rotor lado bobina resistencia R₁ y R₂, respectivamente, inductancia de fuga debido al flujo de filtrado entre el rotor y el estator (L₁ es el estator inductancia de fuga y ₂ de la L es la inductancia de fuga del rotor), mutua magnetización inductancia (L_m o reactancia X_m) y pérdidas de la base de la resistencia equivalente de la pérdida de la base R_C . Estos son similares al modelo de circuito equivalente del transformador, pero incluyen el efecto de retraso de campo magnético de rotor detrás del estator, que se denomina deslizamiento.

Para encontrar el modelo del circuito equivalente del motor, varias pruebas (prueba sin carga, rotor bloqueado, DC y carga) debe ser realizada. Estas pruebas requieren el conocimiento de las clasificaciones de motor. Para la tensión nominal de 208 V a 60 Hz, cabe señalar lo siguiente abajo de la placa: potencia nominal (hp y W, donde 1 hp = 746 W) nominal actual (A) y velocidad (rad/s y RPM) nominal. De estas calificaciones, el esfuerzo de torsión clasificado (N·m) se puede encontrar dividiendo la potencia nominal en vatios sobre la velocidad nominal en rad/s (1 RPM = 2π/60 rad/s), que no aparece en la placa de características.

Para cargar el eje de la máquina de inducción, un generador de C.C. (configuración del dinamómetro) está acoplado mecánicamente al eje. El motor de inducción funciona como el motor del generador. Como la carga eléctrica aumenta en el generador, la potencia mecánica aumenta en el generador y el motor de inducción, lo que aumenta la carga sobre el eje del motor de inducción.

1. C.C. prueba

Tenga en cuenta que una máquina de inducción de jaula de ardilla tiene solamente estator terminales accesibles.

1. Encienda la fuente de alimentación de DC de baja potencia y limitar la corriente a 1.8 A.
2. Apague la fuente.
3. Conecte los terminales de alimentación a través de dos de los terminales del motor de inducción (marcados A, B y C).
4. Encienda la fuente y anote el voltaje de la salida y la corriente.
5. Repita para las otras dos combinaciones de fase.
   1. Tenga en cuenta que la resistencia es de dos fases en serie, por lo tanto la resistencia por fase es la mitad de la medida.

2. sin carga prueba

Prueba la máquina de inducción sin carga para encontrar los parámetros de rama que magnetiza por fase X_m y R_C. Para esta prueba, asegúrese de que el dinamómetro de carga tiene todos sus terminales desconectadas, donde no se genera ninguna energía y no soportar ninguna carga.

1. Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
2. Compruebe que el VARIAC es 0% y luego el VARIAC de alambre a la salida trifásica, conecta la instalación (Fig. 1).
3. Verifique que las conexiones del circuito como se muestra en la figura 1 y luego encender la fuente de corriente trifásica.
4. Aumentar rápidamente la salida del VARIAC, hasta que cada uno de los medidores de potencia digital lee alrededor de 208 V.
5. Registrar la potencia, voltaje y lecturas de corriente de dos metros.
6. Medir la velocidad de la luz estroboscópica (tono de la luz estroboscópica a una velocidad razonable) y la medición como ω_ola etiqueta.
7. Grabar el par motor en N·m o libras·pie y marca la medida como T_o en caso de que el transductor de par motor o aparato de medición de esfuerzo de torsión no está bien calibrado. Este es el esfuerzo de torsión sin carga.
8. Conjunto el VARIAC de nuevo a 0% luego apague la fuente de corriente trifásica. Dejar intacto el resto del circuito.

Figura 1: instalación eléctrica para test sin carga Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. del bloqueado-Rotor prueba

Prueba de la máquina de inducción con un rotor bloqueado de una manera similar a la prueba de cortocircuito de un transformador. Utilice esta prueba para encontrar las resistencias de serie por fase y de las inductancias de fuga. Para esta prueba, asegúrese de que el dinamómetro de carga tiene todos sus terminales desconectados.

1. Asegúrese de que la fuente trifásica está apagado.
2. Compruebe que el VARIAC es 0%.
3. Bloquear el rotor del lado del dinamómetro utilizando una abrazadera mecánica o cero-par de apriete, si el dinamómetro está controlado digitalmente.
4. Tenga en cuenta que la configuración es todavía similar a la de la Fig. 1, excepto con un rotor bloqueado.
5. Verifique que las conexiones del circuito son como se muestra en la figura 2.
6. Encienda la fuente de tres fases y el interruptor de la máquina de inducción.
7. Lentamente y con cuidado el aumento el VARIAC hasta que la corriente se alcanza en uno o ambos de los medidores de potencia digital.
8. Registrar la potencia, voltaje y lecturas de corriente de dos metros.
9. Conjunto el VARIAC de nuevo a 0% luego apague la fuente de corriente trifásica. Dejar intacto el resto del circuito.

Figura 2: configuración para la prueba de carga Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. prueba de carga

Utilice esta prueba para trazar la característica torque-velocidad lineal de la máquina de inducción. Para esta prueba, utilice el dinamómetro con un campo de derivación como generador (más información sobre esta condición de funcionamiento se da más adelante en las máquinas DC videos, pero la armadura es el puerto de salida del generador).

1. Asegúrese de que la fuente de tres fases y el interruptor de la máquina de inducción están apagados.
2. Compruebe que el VARIAC es 0%.
3. Quite la abrazadera de fijación del eje del rotor.
4. Conecte el circuito (Fig. 2). Utilice R_L= 300Ω pero mantener S_D apagado.
5. No utilice el campo serie.
6. Compruebe el circuito, luego encienda la fuente de tres fases y el interruptor de la máquina de inducción.
7. Aumentar rápidamente la salida del VARIAC, hasta que cada uno de los medidores de potencia digital lee alrededor de 208 V.
8. Registrar la potencia, voltaje y lecturas de corriente de dos metros.
9. Medir la velocidad y marca como ω₁. Para medir la velocidad, ajuste la perilla de frecuencia del "Grueso" en la luz estroboscópica hasta el eje parece casi inmóvil y luego ajuste la configuración de frecuencia usando el botón de "Fino".
10. Registrar la lectura de la torsión y etiqueta como T₁.
11. Tenga en cuenta que este punto de funcionamiento (ω₁, T₁) no es lo mismo que sin carga, porque el bobinado de campo también está actuando como una carga en paralelo con la armadura. S_D es dado vuelta más adelante y R_L se disminuye, la carga se incrementa ya que la corriente de carga aumenta a medida que disminuye R_L .
12. Activar S_D. Medir la velocidad y marca como ω₂.
13. Registrar la lectura de la torsión y etiqueta como T₂.
14. Apague el S_D. Cambiar R_L a Ω 200, luego encienda S_D.
15. Medir la velocidad y marca como ω₃.
16. Registrar la lectura de la torsión y etiqueta como T₃.
17. Activar S_D. Cambiar R_L a 100 Ω. Encienda S_D.
18. Medir la velocidad y marca como ω₄.
19. Registrar la lectura de la torsión y etiqueta como T₄.
20. Establecer el VARIAC al 0%, apague la fuente de corriente trifásica y desmontar el circuito.

Un error común en la búsqueda de los parámetros del circuito equivalente de las máquinas de inducción es utilizar la potencia medida de tres fases en los cálculos del circuito equivalente por fase, mientras que un tercio de la energía debe utilizarse: tres fases consumen la potencia medida y así, un tercio de la energía está en una fase.

Cálculos de los parámetros del circuito equivalente son similares a las de los transformadores, pero es común dividir X₁ y X₂' por el marco de la NEMA de la máquina. Por ejemplo, si el motor es de sostén de la NEMA A o D y luego X₁ y X₂' se supone que son iguales, mientras que si el motor es de bastidor NEMA B, luego X₁ y X₂' dividen como 40% y 60% de X_eq , respectivamente, y si el motor es de NEMA marco C, entonces X₁ y X₂' dividen 30% y el 70% de X_eq, respectivamente. Se espera encontrar que X₁ y X₂' % 1-10 de X_m, R₁ y R₂' son del orden de mΩ a varios Ω dependiendo de la potencia de motor, y R_C sería del orden de decenas a cientos de Ω, ya que es varios órdenes de magnitud más grandes que R₁ y R₂'.

La región lineal de la curva de torque-velocidad del motor de inducción se encuentra utilizando la prueba de carga y es extrapolable a las condiciones de carga plena o tasa de vacío. Una curva de torque-velocidad típica se muestra en la figura 3 para varios marcos de NEMA y la región lineal es la región derecha cerca de la velocidad de 90-100%.

Figura 3 : Curvas par-velocidad típica para los varios marcos NEMA Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Máquinas de inducción trifásicas, especialmente los motores de inducción, son los workhorses de la industria moderna. Caracterizar adecuadamente un motor de inducción proporciona ingenieros y técnicos con información sobre la eficiencia y las características par-velocidad del motor. Estos son esenciales para determinar qué tamaño de motor y marco que mejor adapta a una aplicación. Una vez que un motor se caracteriza y se conoce la curva de esfuerzo de torsión-velocidad de parámetros del circuito equivalente mediante las pruebas descritas, diversos marcos NEMA tienen formas diferentes de la curva. Por ejemplo, una aplicación de elevador requiere a partir de alto esfuerzo de torsión; por lo tanto, Marcos, tales como bastidor NEMA D, son los más aptos que A o B. Tratándose de partes integrantes del motor de inducción de sistemas más grandes que consumen cantidades considerables de energía (por ejemplo, refrigeradores), conociendo los parámetros del circuito equivalente de un motor puede proporcionar buenas estimaciones de la eficiencia del motor y su contribución al consumo de energía en ese sistema más grande.