Ensayos de motores asíncronos

Introducción

Necesidad: Los ensayos prácticos sobre el motor asíncrono permiten obtener los valores de los componentes del esquema equivalente del mismo. Una vez determinados puede evaluarse analíticamente la máquina.

Observaciones: La resistencia del rotor, R_R, la reactancia del rotor bloqueado,

X_R,PARADO, y la relación efectiva de espiras, aef, son difíciles (o imposibles) de determinar en motores con rotor en jaula de ardilla.

No obstante, es posible realizar ensayos que dan directamente los valores referidos al estator, de resistencia y reactancia R'_R y X'_R, aún si RR, X_R,O y aef no se conocen por separado.

Los ensayos más característicos son:

·          Ensayo con corriente continua sobre el estator.

·          Ensayo de vacío.

·          Ensayo de cortocircuito o de rotor bloqueado.

Ensayo con corriente continua sobre el estator

Objetivo: Determinar la resistencia óhmica de las fases del estator (RE del esquema equivalente) y consecuentemente las pérdidas en el cobre del estator.

Como se realiza: Se hace pasar una intensidad de c.c. por los devanados del estator igual, o menor, a la corriente eficaz que pasa por el motor en condiciones nominales, con el fin de que la temperatura de los devanados sea del mismo orden. 

Con este fin, la corriente deberá circular durante el tiempo necesario para que se alcance la temperatura estabilizada de funcionamiento.

En la práctica:

Hay dos casos, según como estén conectados los devanados del estator:

·         Devanados en estrella:

Conexiones en los devanados en estrella del estator de un motor de inducción trifásico 

para la medida de la resistencia eléctrica de los mismos.

·         Devanados en triángulo:

   Conexiones en los devanados en triángulo del estator de un motor de inducción trifásico 

para la medida de la resistencia eléctrica de los mismos.

Atención:

En la práctica, para tener en cuenta el efecto pelicular o skin en los conductores, se suele aumentar el valor que se obtiene del ensayo para R_E, entre un 10% y un 20%.

Ensayo de vacío

Objetivo: Permite obtener las pérdidas magnéticas y de rozamiento (pérdidas rotatorias). Conocidas estas puede calcularse la rama en paralelo del circuito equivalente.

Como se realiza: Se conecta el motor a su tensión nominal sin ninguna carga mecánica conectada al eje. En estas circunstancias la velocidad del motor es cercana a la de sincronismo y el deslizamiento es cercano a cero.

De esta forma, la resistencia R_C es muy alta y puede suponerse el rotor en circuito abierto y el circuito equivalente será:

Siendo:

Xµ : Reactancia de magnetización. Cuando es recorrida por la intensidad de magnetización, provoca el flujo principal que inducirá sobre el rotor unas corrientes determinadas.

La pendiente de la curva de flujo frente a la f.m.m. del motor de inducción es mucho menos pronunciada que la de un transformador. Esto sucede porque existe un entrehierro en el motor de inducción, que aumenta enormemente la reluctancia de la trayectoria del flujo y por tanto debilita el acoplamiento magnético entre el estator y rotor. Cuanto más alta la reluctancia causada por el entrehierro, se necesita una corriente de magnetización mayor para lograr un nivel de flujo determinado.

Por tanto, la reluctancia de magnetización Xµ   en el circuito equivalente del motor, tendrá un valor mucho menor que para un transformador.

Iµ : Corriente de magnetización.

Potencias en juego:

En la práctica: Para determinar P_MEC y P_Fe es preciso alimentar el motor a tensión alterna, comenzando con el valor nominal V_emt o algo superior y reduciendo hasta un valor que puede tomarse entre el 30 y el 50% de V_emt . En cada escalón de tensión se mide Po, V_emt, Io, deduciéndose el valor de P_MEC + P_Fe para cada etapa. Se obtiene, por representación de los valores una curva de tipo parabólico P_MEC + P_Fe función de V_emt.

Extrapolando la curva hasta que corte a V_emt = 0, se obtiene el valor de las pérdidas mecánicas PMEC, ya que entonces las pérdidas en el hierro son nulas al no existir flujo.

Curva P_MEC + P_Fe función de V_emt

Conocidas las pérdidas P_Fe se podrá calcular la rama paralelo del circuito equivalente que absorberá la potencia P_Fe. Para ello, se supone que la tensión aplicada es prácticamente igual a la tensión interna electromotriz. 

Fórmulas a utilizar en la práctica:

Ensayo en cortocircuito o de rotor bloqueado

Objetivo: Permite obtener los parámetros de la rama serie del motor. En particular, como R_E se ha determinado, permite obtener R'_R y X_E + X'_R.

Como se realiza: Se bloquea el rotor impidiéndole que gire (n=0). Esto indica que s=1 y R_C=0.

Se aplica una tensión creciente al estator, partiendo de cero, hasta que la corriente absorbida sea la nominal, I_E,n = I_CC (por fase), midiendo a la vez la tensión aplicada V_E,CC (por fase) y la potencia absorbida P_CC (total).

Como la tensión V_E,CC necesaria para hacer circular I_E,CC es muy pequeña, la corriente de magnetización es muy pequeña frente a IE,n y puede despreciarse la rama paralelo.

Curva de magnetización del rotor (tensión inducida E en función de I_m)

Además, como R'_C=0 el circuito equivalente será:

Circuito equivalente y cálculo de parámetros