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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVASML-253

Universidad Nacional de Ingeniería – Facultad de Ingeniería MecánicaLaboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia

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UNIVERSID D N CION L

DE INGENIERI

F CULT D DE INGENIERI MEC NIC

L BOR TORIO DE ELECTRICID D Y

UTOM TIZ CIÓN

GUÍA DE LABORATORIO DE MAQUINAS

ELECTRICAS ROTATIVAS (ML – 253)Elaborado por:

Ing. Emilio Asunción Marcelo BarretoIng. Acel Huamán Ladera

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INDICE

LABORATORIO 1: Motor Asíncrono Trifásico tipo Rotor Jaula de Ardilla.

( Módulo de Lucas Nulle )

LABORATORIO 2: Motor Asíncrono Trifásico Tipo Rotor Bobinado.


LABORATORIO 3: Motor de Corriente Continua de excitación shunt.


LABORATORIO 4: Banco de pruebas de máquinas rotativas CC.

LABORATORIO 5: Banco de pruebas de máquinas rotativas trifásicas de 2 HP.

LABORATORIO 6: Reconocimiento de los elementos de un tablero de maniobras y

circuitos de control.

( Módulo de entrenamiento de máquinas eléctricas )

LABORATORIO 7: Arranque manual para motores eléctricos por interruptor , por

pulsadores e inversión de giro.


LABORATORIO 8: Arranque secuencial, secuencial cíclico y arranque estrella – delta.


Anexo 47Ensayos Normalizados en Máquinas Eléctricas.

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LABORATORIO 1

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I.- INTRODUCCION

Las máquinas asíncronas se utilizan en aplicaciones de hasta el rango de los MW,su construcción sencilla con rotor tipo jaula de ardilla las convierte en motores deuso mas frecuente. Estos motores asíncronos trifásicos industriales pueden ser:

Motores trifásicos con rotor jaula de ardilla(una jaula, doble jaula, jaulatratada y ranura profunda).

Motores trifásicos con polos conmutables con bobinado Dahlander.

Motores trifásicos con polos conmutables con dos bobinado separados.

II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO

Los objetivos del presente laboratorio son:

Hacer conocer la constitución electromecánica de los motores asíncronos.

Familiarizarse con la simbología y conexionado de las máquinas eléctricas denuestro laboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA.

Conexión y puesta en servicio del motor.

Inversión del sentido de giro (utilizando un conmutador manual)

A partir de los ensayos realizados obtener el circuito monofásico equivalente.

Registro de los valores característicos y curvas características (FP, EF,Torque) de funcionamiento específicas de las máquinas asíncronas.

Evaluación de las mediciones realizadas y registradas.

Presentación del protocolo de pruebas según normas establecidas.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos sonmuy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

1. El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse,así mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados.

2. Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumnono debe accionarlos por ningún motivo, sin la aprobación del profesor.

3. Para evitar el deterioro de los amperímetros, en el momento del arranque sedebe poner el amperímetro de línea en corto circuito (utilizando un puente) ysiempre el arranque debe hacerse en estrella-triángulo a plena tensión.

4. Luego de unos 5 segundos hacer el cambio a triángulo y seguidamente retirarel puente del amperímetro. Si es posible hacer el arranque a tensión reducidaestando el motor en la posición triángulo.

5. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima.6. Al operar el freno, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en forma

gradual hasta llegar al máximo permisible.

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IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR

BANCO ACTIVO DE PRUEBAS MOTOR AISNCRONO TRIFASICO

N° de pedido SO3636 – 6U N°

Tensión Nominal 230 Voltios Tensión 400 / 690 Voltios

Corriente Nominal 3 Amperios. Corriente 1.73 / 0.81 Amp.

Corriente Arranque 9 Amperios Conexión D / Y

Torque Máximo 10 N – m Frecuencia 60 Hz.

Potencia Aparente 800 VA Potencia 0.37 KW

Régimen de servicio S1 Régimen de servicio S1

RPM max. 4000 RPM 2800

Grado de protección IP20 Grado de protección IP54

AMPLIFICADOR INTERGRADO IKL B

Tensión de pico 600 Voltios Norma VDE 0530Tensión RMS 400 Voltios Termostato 120° C

Corriente pico 10 Amperios Factor de potencia 0.84

Corriente RMS 7 Amperios MOTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

ITEM DESCRIPCION GENERAL DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOS CANT.

1 Manguito de acoplamiento 01

2 Cubierta de acoplamiento 01

3 Interruptor de 04 polos 01

4 Conmutador D – Y 01

5 Fuente de corriente alterna regulable ADECUADA 01

6 Multímetro analógico/digital, FP, KW, KVARS. 027 Multímetro digital FLUKE 01

8 Unidad condensadora 01

9 Conectores de seguridad 04

10 Juego de cables de 4 mm² 25

V.- ENSAYOS NORMALIZADOS

1.- CONEXIÓN DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO – JAULA DE ARDILLANORMALIZADO (IEC 34 - 8)

2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATORN0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1)

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTON0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1)

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PROCEDIMIENTO DEL ESQUEMA DE MONTAJE DEL MOTOR ENCONEXIÓN TRIÁNGULO (DELTA) A LA LÍNEA TRIFÁSICA:

a) U1 se conecta a la entrada del amperímetro.De la salida del amperímetro se conecta a la línea L1.

b) V 1= U2 = Línea L2

De U2 se conecta a la entrada del voltímetro( conductor de colorazul ). El voltímetro debe de estar conectado entre L1 y L2 . Pero lalínea L1 ya se conectó en el paso (a) y no es necesario hacerlo denuevo.

c) V 2= W1 = Línea L3

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CIRCUITO EQUIVALENTE PRÁCTICO DE UN MOTOR ASÍNCRONOTRIFÁSICO TIPO MOTOR JAULA DE ARDILLA

Este es el modelo del circuito equivalente monofásico práctico que presenta en unmotor asíncrono trifásico conformado por las impedancias : estatórica, rotórica, ynúcleo , que entregan potencia eléctrica a una carga para darle movimiento .R ’ 2 + j X2 = impedancia de dispersión del rotor reflejada al estatorR L = resistencia de carga reflejada al estator.En este tipo de circuito se desprecia las pérdidas en el fierro.

4.- ENSAYO DE VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)En este ensayo R 1 + j X1 se considera despreciable.El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifásicoen vacío la tensión de alimentación se regula hasta que el voltímetro indique latensión nominal del motor ensayado (ver placa). Los instrumentos de medida que seutilicen durante la práctica, ya están incluidos dentro del pupitre de prácticas.

Montaje de la instrumentación Circuito monofásico

equivalente operando en

vacío a RPM constante

Circuito utilizado en los ensayos de maquinas eléctricas industriales

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Las condiciones son las siguientes:

La velocidad debe ser constante.

El eje del motor debe estar completamente libre.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.Con la finalidad de verificar las curvas de vacío: B vs H.

Bmax = ( VLL x 10-8 ) / 4.44 x f x A x N (Gauss)

H = ( N x 3 If ) / Lm (Amper-Vuelta/metro)Donde:

Lm = Longitud media al paquete magnético en m.N = Número de vueltas del bobinado estatórico por fase.

A = Area transversal del paquete magnético estatórico = L x CL = Longitud del paquete magnético en m.C = Altura de la corona en m.f = Frecuencia del sistema Hz.VLínea = Tensión de línea en Voltios.

ZO = VO / IO

RO = PO / IO2 = R1 + RM

XO = { ZO2 - RO

2 }1/2 = X1 + XM

5.- PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8)


La corriente de línea debe ser la nominal del motor.

El eje del motor debe estar trabado. La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Circuito utilizado en los ensayos de maquinas eléctricas industriales

Montaje de la maquina e instrumentación Circuito equivalente

monofásico en el ensayo

de corto circuito

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Para el ensayo de rotor bloqueado se utilizará exactamente el mismo esquema deconexiones que para el caso del ensayo de vacío. La única diferencia estribará en

que en este caso se alimentará el motor con una tensión mucho más reducida que lanominal. A partir de 0 voltios se irá aumentando la tensión hasta que el motoralcance la corriente nominal, todo ello manteniendo el rotor bloqueado. SE DEBERÁPONER ESPECIAL ATENCIÓN EN NO SUPERAR LA CORRIENTE NOMINALDEL MOTOR PARA EVITAR QUE LOS DEVANADOS SUFRAN DAÑOS. Comoresultado del ensayo se registrarán la tensión, la corriente y la potencia en esteensayo.

ZCC = VCC / ICC

RCC = PCC / ICC2 = R1 + R2'

XCC = { ZCC2 - RCC

2 }1/2 = X1 + X2'

Tipo demotor

ClaseNEMA A

ClaseNEMA B

ClaseNEMA C

ClaseNEMA D

RotorBobinado

X1 0.5 Xcc 0.4 Xcc 0.3 Xcc 0.5 Xcc 0.5 Xcc

X2' 0.5 Xcc 0.6 Xcc 0.7 Xcc 0.5 Xcc 0.5 Xcc

6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2)

Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno LN.Seguir las indicaciones del profesor.En forma muy atenta y delicada manipular el regulador de velocidad del frenodinámico hasta que la corriente circulante consumida por el motor es lacorriente nominal.Después del registro de las cargas aplicadas en el motor tomar el registro de lavelocidad y torque. Aplicando la siguiente expresión se logrará calcular lapotencia util.

P útil = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P útil / P ingreso

PRUEBA CON CARGA ( PRUEBA AL FRENO )

FRENO MOTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

RPM N - m VRSVOLT

IR AMP

PTOTALVATIOS

Q TOTALVATIOS

SV - A

EFICIEN%

VELOCRPM

F.PCOSø

Reactancias estatóricas y retóricas - IEEE 112 1978 ITEM 4.8

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7.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs

Tiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza adisminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.

8.- COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 – 2 Y VDE 560 ITEM 4.

9.- APLICACIONES INDUSTRIALES

Su construcción robusta e IPW adecuado hace que estos motores sean utilizadosen ambientes agresivos tales como: las embarcaciones navieras, la industriatextil, industrias químicas, etc. Teniendo en cuenta la categorización, será muyimportante y necesario hacer una buena selección del motor para lo cual el

torque de la cargaes la información base.Las cargas mas importantes son nominados a continuación:- Compresores de aire.- Electro ventiladores centrífugos y axiales pequeños, medianos y grandes.- Máquinas que requieren de un arranque moderado.- Procesos que utilicen velocidad constante.- Electrobombas centrifugas.- Fajas transportadoras.- Cargas que cuenten con un torque bajo, medio y elevado.

10.- CUESTIONARIO

1. Enumere y defina las características nominales de las máquinas rotativas deinducción jaula de ardilla. Presente las características de placa del motorutilizados en su experiencia.

2. Cómo se invierte el sentido de giro de éste motor asíncrono y cuantasposibilidades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. ha realizado.

3. Realice todos los cálculos necesarios que le conduzca a construir el diagramaequivalente monofásico valorado, referido al estator con sus valores registrados ycalculados en los ensayos de vuestros laboratorios.

4. Grafique las curvas de vacío y corto circuito realizadas en el laboratorio.5. Grafique la PNUCLEO vs I1,T, EF y FP vs velocidad.6. Determinar las pérdidas rotacionales en los motores probados.7. Graficar las curvas Elabore un formato del protocolo de pruebas que Ud. realizaría

en las máquinas eléctricas tipo jaula de ardilla industriales.8. Conclusiones y recomendaciones (muy importante).

11.- BIBLIOGRAFIA

1. Veinott Cyril Theory and Desinn of small induction motors.Mac Graw-Hill.

Bok Company INC 1959

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2. George J.Thaler - Milton L. Wilcox. Máquinas eléctricas - Estado dinámico ypermanente. John Wiley & Sons Inc. 1966.

3. A.E.Fitzgerald - Charles Kingsley. Teoría y análisis de las máquinaseléctricas.Mac Graw-Hill .Bok Company Inc 1992.

4. Che Mun Ong Dinamic Simulation Machinary Prentice Hall Inc 1998.5. George Patrick Shult Transformer and motors - A Division of Prentice Hall

Computer 11711 North - College,Carmel,Indiana USA. 19956. Irving. L. Kosow. Máquinas eléctricas y transfor-madores Prentice Hall Inc 1991.7. Donald V. Richardson. Arthur J. Caisse. Rotating Electric Machinery and

Transformer Technology. Prentice Halll Inc 1998.8. Normas internacionales IEC 34 – 2, NEMA MG1 – 1993 Part.1 Pag 12, IEEE –

112 ( test standart ).Volumen 1,2,3 y 4.

VI.- PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MOTORES ASINCRONOS

TABLA N° 1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

DEVANADO TERMINALES Raisl. ( M ) OBSERVACIONES

ESTATOR

U1 - MASA

V1 - MASA

W1 - MASA

TABLA N° 2.- RESISTENCIA OHMICA POR FASE

DEVANADO TERMINALES Rfase ( ) * Voltios Amper. Rfase

( ) **

Tamb. ( C° )

ESTATORU1 - U2

V1 - V2

W1 - W2

* Utilizando un puente Wheatstone.* Utilizando una batería, voltímetro y amperímetro.

TABLA N° 3.- PRUEBA DE VACIO

V FASE( VOLTIOS )

I FASE( AMPERIOS

)

P( VATIOS )

TORQUEN - m

Q(VARs)

VELOCID.RPM

COS

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TABLA N° 4.- PRUEBA DE CORTO CIRCUITO ( ROTOR BLOQUEADO )

V FASE ( VOLTIOS ) I FASE ( AMPERIOS ) P Q S COS

RS RT ST R S T VATIOS VARS VOLT-AMP.

TABLA N° 5.- PRUEBA CON CARGA ( PRUEBA AL FRENO )

VRS

VOL.

VST

VOLT.

VRT

VOLT.

IR

AMP.

PINGR.

VATIOS

PUTIL

VATIOS

TORQUE

N-m

VELOC

RPM

EF

(%)

COS

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LABORATORIO 2

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I.- INTRODUCCION

Las máquinas asíncronas de rotor bobinado se utilizan en aplicaciones donde eltorque de las cargas son muy exigentes, su construcción es mucho mas complejaque los motores tipo jaula de ardilla. Los motores de anillos rozantes constan de:

• Un arrollamiento trifásico correspondiente al estator.

• Un arrollamiento trifásico correspondiente al rotor, que es una imagenreflejada del devanado del estator, generalmente se conectan en estrella ysus extremos van a los anillos rozantes los mismos que puede colocarse encortocircuito a través de las escobillas para trabajo normal.

• También se puede insertar un banco de resistencias para que en el momentodel arranque se limite la corriente y se eleve el torque. Asimismo se puede

regular la velocidad modificando la característica Par-Velocidad del motor.

En los terminales del rotor se induce una tensión alterna sinusoidal a manera detransformador, cuya tensión es función de la relación entre el número de espiras delestator y del rotor, con la frecuencia idéntica a la fuente.

Estator Rotor

R

S

T

V2

V1

N1 N2

N1

N1

N2

N2 2

1

2

1

N

N =

U

U


Los objetivos del presente laboratorio son:

Hacer conocer la constitución electromecánica de los motores asíncronos.

Familiarizarse con la simbología y conexionado de las máquinas eléctricas denuestro laboratorio en los ensayos según las normas establecidas.

Conexión y puesta en servicio del motor.

Inversión del sentido de giro (utilizando un conmutador manual)

A partir de los ensayos realizados obtener el circuito monofásico equivalente.

Registro de los valores característicos y curvas características (FP, EF,Torque ) de funcionamiento específicas de las máquinas asíncronas.

Evaluación de las mediciones realizadas y registradas.

Presentación del protocolo de pruebas según normas establecidas.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son

muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

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7. El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse,así mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados.

8. Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumnono debe accionarlos por ningún motivo, sin la aprobación del profesor.

9. Para evitar el deterioro de los amperímetros, en el momento del arranque sedebe poner el amperímetro de línea en corto circuito (utilizando un puente) ysiempre el arranque debe hacerse en estrella-triángulo a plena tensión.

10. Luego de unos 5 segundos hacer el cambio a triángulo y seguidamente retirarel puente del amperímetro. Si es posible hacer el arranque a tensión reducidaestando el motor en la posición triángulo.

11. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima.12. Al operar el freno, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en forma

gradual hasta llegar al máximo permisible.


BANCO ACTIVO DE PRUEBAS MOTOR AISNCRONO TRIFASICO

N° de pedido SO3636 – 6U N°

Tensión Nominal 230 Voltios Tensión 400/230 Voltios

Corriente Nominal 3 Amperios. Corriente 0.66/1.5 Amp.

Corriente Arranque 9 Amperios Conexión Y / Δ

Torque Máximo 10 N – m Frecuencia 60 Hz.

Potencia Aparente 800 VA Potencia 0.27 KW

Régimen de servicio S1 Tensión excitación 220 Voltios

RPM max. 4000 Corriente excitación 0.25 Amp.Grado de protección IP20 RPM 1500 – 1800

AMPLIFICADOR INTERGRADO Grado protección IP55

Tensión de pico 600 Voltios Norma VDE 0530

Tensión RMS 400 Voltios Termostato 120° C

Corriente pico 10 Amperios Factor de potencia 0.7

Corriente RMS 7 Amperios MOTOR TIPO ROTOR BOBINADO




3 Interruptor de 04 polos 01

4 Conmutador D – Y 01

5 Fuente de corriente alterna regulable ADECUADA 01

6 Multímetro analógico/digital, FP, KW, KVARS. 02

7 Multímetro digital FLUKE 01

8 Unidad condensadora 01



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V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)

1.- CONEXIÓN DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO – ROTOR BOBINADO

NORMALIZADO (IEC 34 - 8)

Para este ensayo el motor trifásico debe ser conectado a una red de 400 voltios, 60Hz, el estator y rotor deben estar conectados en estrella. Tal como la queacompañamos a continuación:



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CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR ASINCRONO

Este es el modelo monofásico práctico que presenta en un motor asíncrono trifásico

conformado por las impedancias siguientes: Estatórica, retórica, núcleo y carga.

4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifásicoen vacío la tensión de alimentación se regula hasta que el voltímetro indique latensión nominal del motor ha ser probado (ver placa). Los instrumentos de medidaque se utilicen durante la práctica, ya están incluidos dentro del pupitre de prácticas.

5.- PRUEBA DE RELACION

Aplicar a los bornes del estator la tensión de placa "Vs" en voltios (tensión nominaldel estator) y medir la tensión inducida en el rotor "Vr' " en voltios. Aplicar a losbornes del rotor la tensión de placa "Vr" en voltios (tensión nominal del rotor) y medirla tensión inducida en el estator "Vs' " en voltios. La relación de transformación

medida (RTM) esta dado por la siguiente ecuación:

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RTM = {(Vs/Vr').(Vr/Vs')} 1/2 (1)

RTM = Vs/Vr (2)

Para que la prueba sea buena se requiere que las ecuaciones (1) y (2) seanaproximadamente iguales (caso contrario comunicarse con el especialista).

5.- PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8)

6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2)



7.- ENSAYO DE TEMPERATURA (IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3)

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8.- COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 – 2 Y VDE 560 ITEM 4.


Los motores tipo rotor bobinado son utilizados en cargas pesadas tales como:- Molinos.- Centrífugas.- Llenadotas de bebidas.- Chancadoras- Cargas que necesiten un torque elevado.

10.- CUESTIONARIO

9. Enumere y defina las características nominales de las máquinas rotativas de

inducción rotor bobinado. Además tome las características de placa del motorutilizados en su experiencia.10.Cómo se invierte el sentido de giro de éste motor asíncrono y cuantas

posibilidades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. ha realizado.11.Realice todos los cálculos necesarios que le conduzca a construir el diagrama

equivalente monofásico valorado, referido al estator con sus valores registrados ycalculados en los ensayos de vuestros laboratorios.

12.Graficar VLINEA vs I1, PNUCLEO vs I1. 13.Determinar las pérdidas rotacionales en el motor probado.14.Graficar las curvas T, EF y FP vs velocidad.

15.Elabore un formato del protocolo de pruebas que Ud. realizaría en las máquinaseléctricas tipo rotor bobinado.16.Conclusiones y recomendaciones (muy importante).

11.- BIBLIOGRAFIA

Ver motor tipo jaula de ardilla

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VI.- PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MOTORES ASINCRONOS

TABLA N° 1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

DEVANADO TERMINALES Raisl. ( M ) OBSERVACIONES

ROTOR K , L , M vs MASA

ESTATOR

U1 - V2

V1 - W2

W1 - U2

U1,V1,W1 vs MASA

TABLA N° 2.- RESISTENCIA OHMICA POR FASE

DEVANADO TERMINALES Rmedido( ) Voltios Amper. Rfase ( ) Tamb.C

ROTORK - L / 2

L - M / 2

M - K / 2

ESTATORU1 - U2

V1 - V2

W1 - W2

* Utilizando un puente Wheatstone.* Utilizando una batería, voltímetro y amperímetro.

TABLA N° 3.- PRUEBA DE LA IMPEDANCIA ESTATORICA Y ROTORICA

DEVANADO TERMINALES V (Voltios) I ( Amp. ) Z ( ) OBSERVACIONES

ESTATORU1 - U2

V1 - V2

W1 - W2

ROTORK - L

L - M

M - K

TABLA N° 4.- MEDIDA DE LA RELACION DE TRANSFORMACION

ESTATOR ROTOR Factor de transfor-mación " a "

OBSERVACIONES

TERMINALES V ( Voltios ) TERMINALES V ( Voltios )

U1 - U2 K - L

V1 - V2 L - M

W1 - W2 M - K

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TABLA N° 5.- PRUEBA DE VACIO

V FASE( VOLTIOS )

I FASE( AMPERIOS

)

P( VATIOS )

Q( VARS )

S(VOLT – AMP)

VELOCID.RPM

COS

TABLA N° 4.- PRUEBA DE CORTO CIRCUITO ( ROTOR BLOQUEADO )

V FASE ( VOLTIOS ) I FASE ( AMPERIOS ) P Q S COS

RS RT ST R S T VATIOS VARS VOLT-AMP.

TABLA N° 5.- PRUEBA CON CARGA ( PRUEBA AL FRENO )

VRSVOL.

VSTVOLT.

VRTVOLT.

IR AMP.

PINGR.VATIOS

PUTILVATIOS

TORQUEN-m

EFICIEN%

VELOCRPM

COS

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LABORATORIO 3

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I.- INTRODUCCION

Los motores de corriente continua, MCC, son muy importantes debido a que puedenproporcionarnos un alto torque y pueden trabajar a velocidad variable.En su aplicación industrial a sido irremplazable en algunos modelos y modernizadosen otros dado la particularidad de sus características de funcionamiento.Los MCC mas importantes son los siguientes:

Autoexcitados (tipo shunt, serie y excitación compuesta).

Excitación independiente.


Los objetivos del presente trabajo son:

Hacer conocer la constitución electromecánica de los MCC.

Familiarizarse con la simbología y conexionado de los MCC de nuestrolaboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA.

Conexión y puesta en servicio del MCC.

Inversión de giro.

Determinar sus pérdidas, eficiencia en función de la corriente de campo.

A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la máquina.

Registro de los valores característicos y curvas características defuncionamiento específicas de los MCC.

Evaluación de las mediciones realizadas y registradas. Presentación del protocolo de pruebas según normas IEC, NEMA y IEEE.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos sonmuy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse, así

mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados.Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumno no debeaccionarlos por ningún motivo, sin la aprobación previa del profesor. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima. Al operar las cargas, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en formagradual hasta llegar al máximo permisible.

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BANCO ACTIVO DE PRUEBAS GENERADOR CORRIENTE CONTINUA

N° de pedido SO3636 – 6U N° 200 26 984

Tensión Nominal 230 Voltios Tensión armadura 220 Voltios

Corriente Nominal 3 Amperios. Corriente armadura 1 Amperio

Corriente Arranque 9 Amperios Conexión Independiente

Torque Máximo 10 N – m Conexión Shunt.

Potencia Aparente 800 VA Conexión Compuesta

Régimen de servicio S1 Tensión 220 Voltios

RPM max. 4000 Corriente de campo 100 mA.

Grado de protección IP20 Régimen de servicio S1

AMPLIFICADOR INTERGRADO RPM 2000

Tensión de pico 600 Voltios Grado de protección IP54Tensión RMS 400 Voltios Norma VDE 0530

Corriente pico 10 Amperios Termostato 120° C

Corriente RMS 7 Amperios GCC/MCC LUCAS NULLE




3 Carga universal para máquinas de 300 vatios 01

4 Arrancador para máquina de corriente continua de 300 vatios 01

5 Regulador de campo para máquina de corriente continua 01

6 Fuente de alimentación de corriente continua 017 Multímetro digital FLUKE 01



10 Multímetro analógico/digital – medidor de potencias y F.P. 02

El presente laboratorio debe facilitar los conocimientos orientados a la práctica de losmotores de corriente continua. El contenido se centra en el análisis experimental de lasmáquinas auto excitadas y con excitación independiente. Al concluir el presente laboratorio Ud habrá aprendido el modo de funcionamiento,operación y respuesta de las características de operación en estado permanente y

transitorio. Así mismo se demostrará las prácticas del control de tensión, inversión de giro y curvascaracterísticas de los MCC.

V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)

1.- CONEXIÓN DEL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

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SENTIDO DE ROTACION

En los arrollamientos de excitación la corriente fluye del número característico 1 hacia el 2.

En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ).El sentido de rotación es directa ( horaria ) donde siempre A1 será positivo ( + ).

A1 F1 F2 A2

+ + - -

M _

Wm

Ia

If

OPERACION COMO MOTOR IEC

La corriente del circuito de armadura fluye de A1 ( + ) hacia A2 ( - ).

ARROLLAMIENTO DE ARMADURA A1 ( + ) INICIO

A2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION B1 ( + ) INICIO

B2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION D1 ( + ) INICIO

D2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION E1 ( + ) INICIO

E2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE F1 ( + ) INICIO

F2 ( - ) FIN

DESCRIPCION DEL CIRCUITO BORNES

INVERSION DE LA ROTACION

1.- Para lograr la inversión el sentido de rotacion se deberá invertir F1 y F2 ó A1 y A2

nunca los dos a la vez.

2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad en la armadura, pues si

utilizamos el bobinado de conmutación revisar que tenga la polaridad correcta.

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Motor DC excitación shunt Motor DC excitaciónindependiente

Motor DC excitación serie Motor DC excitación compuesta


Esta medición se realiza aplicando los siguientes métodos: Voltio – amperimétrico en CC y CA. Ohmímetro de precisión. Puente de medición para resistencias pequeñas.

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2.1.- Medición de la Rf y Lf del circuito de campo. Ver GCC

2.2.- Medición de la R D y LD del circuito de compensación. Ver GCC

2.3.- Medición de la Ra y La del circuito de armadura. Ver GCC

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO(IEEE 112/1978 – item 4.1) e (IEEE – 43 / 1991)

4.- MEDIDA DE INDUCTANCIA ROTACIONAL (Gaf)

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Únicamente para controlar las pérdidas rotacionales.

6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno dinámico LN comoFRENO y seleccionado en control de TORQUE. Seguir las indicaciones delprofesor.



7.- ENSAYO DE TEMPERATURA (IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3)

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. VsTiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza adisminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.

8.- CLASIFICACION DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Motor con excitación shunt.- Se conecta el circuito del inductor en paralelocon el circuito del inducido (comparten la misma fuente externa). Ambos circuitos

están calculados para trabajar con una fuente común.

IL = Ia + If

V = Ea + ( Ra . Ia )

Ea = Gaf . If . Wm , Te = Gaf . If . Ia , V = Ea + V

V = Vf = ( Radj + Rf ) . If

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Fneta = Fcampo - Farmadura

Esta máquina ha recibido este nombre debido a que su devanado inductor estáconectado en derivación a su inducido. Dicho devanado está conformado demuchas espiras y de un conductor delgado debidamente aislado.

Motor con excitación independiente.- Con la finalidad de obtener unaintensidad de campo magnético constante e independiente a los cambios bruscosque se presentan en la carga y para mejorar el par y mantener la velocidadmucho mas estable que los tipos anteriores, alimentaremos al circuito de campopor medio de una fuente DC externa e independiente (evitando que lasvariaciones existentes en el circuito de armadura interfieran en el circuito decampo). El circucito de la armadura tendrá su propia fuente de modo que lasvariaciones existentes ( debido a la carga ), no afecten al circuito inductor. Portanto las corrientes Ia e If son independientes. A continuación podemos detallarlas siguientes ecuaciones:

V = Ea + Ra . Ia

Ea = Gaf . If .Wm , Te = Gaf . If . Ia , V = Ea + V

Fneta = Fcampo - Farmadura

Vf = ( Radj + Rf ) . If

El circuito de campo tiene las mismas características de construcción que el GCCtipo shunt y difiere en la utilización de una fuente completamente independiente.

Motor con excitación compuesta.- El funcionamiento más estable de losmotores hacen que la máquina sea de muy buena calidad. Para lograrlo los

fabricantes de máquinas de CC han combinado las características de un motor

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serie y shunt. Se crean entonces las máquinas compuestas que reúnen mejorescaracterísticas que las máquinas estudiadas anteriormente.

Fneta = Fcampo + Fcompen. - FarmaduraFneta = Nf . If + Nd . Id - Na . Ia

Según la ubicación de la conexión del circuito inductor, esta máquina puededenominarse de: Paso corto y largo.


Actualmente se construyen motores de corriente continua para atender cargasespeciales que tienen torque elevado tales como:

- Molinos.- Centrífugas.- Llenadotas de bebidas.- Chancadoras- Cargas que necesiten un torque muy elevado.

10.- CUESTIONARIO

a) Enumere y defina las características de funcionamiento nominales del MCC.Tome los datos de placa del motor primo y del M.C.C. utilizados en sus

ensayos.b) De los ensayos de vacio graficar tomar datos de las pérdidas rotacionales. Haga

una demostración teórica de sus resultados.c) Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas. V vs Ia, Pot vs Wm., EF vs

Wm, EF vs Pot. , Pot. vs Ia, Ra Ia² vs Iad) Que sucede en el MCC cuando se invierte la polaridad de la fuente de: solo el

campo con armadura constante y solo armadura manteniendo fijo el campo.e) Demuestre analíticamente los cambios encontrados.f) Como verificaría si el sistema de escobillas está calibrado correctamente, haga

un esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectaría en

el trabajo normal del MCC? Explique detalladamente su respuesta.g) Recomendaciones.h) Conclusiones.

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VI .- REALIZACION DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MCC

TABLA N° 1.- MEDIDA DEL AISLAMIENTO DEL CIRCUITO DE :

CIRCUITO MEDIDOTERMINALES

RESISTENCIA ( M) INTRUMENTOS

CAMPO E1 - E2 Especificar marcaTipo, clase, etc.COMPENSACIÓN D1 - D2

ARMADURA A1 - A2

TABLA N° 2.- MEDIDA DE LA RESISTENCIA OHMICA Tamb : ..........° C

CIRCUITO MEDIDO TERMINAL RESIST.*OHMIOS

TENSION DC VOLTIOS

CORRIENTE AMPERIOS

RESISTENCIAOHMIOS **

CAMPO E1 - E2COMPENSACION D1 - D2

ARMADURA A1 - A2* Utilizando puente Weasthone.** Utilizando método amperímetro – voltímetro.

TABLA N° 3 .- PRUEBA DE VACIO

V ( bornes ) VOLTIOS

If AMPERIOS

Vf VOLTIOS

VELOCID.RPM

OBSERVACIONES

TABLA N° 4 .- PRUEBA CON CARGA

N° V VOLT.

Ia AMP.

Vf VOLT.

If AMP.

VELOC.RPM

Psalida VATIOS

EF%

OBSERV.

1 MantenerIa = Cte23456

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ANEXO

ENSAYOS NORMALIZADOS EN MAQUINAS ELECTRICAS

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1.- CONEXIÓN DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO – JAULA DE ARDILLANORMALIZADO (IEC 34 - 8)

Para este ensayo el motor trifásico debe ser conectado a una red de 400 voltios, 60Hz, conectado en triangulo. Tal como la que acompañamos a continuación.

Más detalles ver: Diagrama de circuito conectar y arrancar y esquema de montajeconectar y arrancar.

SENTIDO DE ROTACION NORMALIZADA IEC 34 - 8


En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ).El sentido de rotación es directa ( horaria ) donde siempre A1 será positivo ( + ).

A1 F1 F2 A2

+ + - -

GCC _

Wm

Ia

If

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Esta medición se realiza aplicando el método los siguientes métodos: Voltio – amperimétrico. Ohmímetro de precisión. Puente de medición para resistencias pequeñas.

L1

L2

L1

L2

L3

A

V

L3

V

A

R1

= 3RT / 2 R

1= R

T / 2

R1

R1

R1

R1R

1

R1

Corrección por temperatura

R1 dc = Vdc / Idc Ohmios/fase

R1 = R1 dc { 1 + ( Ttrabajo - Tambiente ) } Ohmios/fase

Corrección por efecto SKIN.

SENTIDO DE ROTACION


En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ).

El sentido de rotación es directa ( horaria ) donde siempre A1 será positivo ( + ).

A1 F1 F2 A2

+ + - -

M _

Wm

Ia

If

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Pero los motores trifásicos trabajan en corriente alterna para el cual está diseñada,por esta razón es que resulta imprescindible hacer la corrección por efecto SKIN.

R1 ac ( Ttrabajp ) = K* R1 Ohmios / fase

Donde : K = Constante del efecto skin. R1 dc = Resistencia a temperatura ambiente ( Ttrabajo ).R1 = Resistencia a temperatura de trabajo ( Tambiente ).R1 ac = Resistencia estatórica en C.A.

= Coeficiente de temperatura y depende del material tala como: (cobre) = 0.00393 °C-1 (aluminio) = 0.035 °C-1

X = 0.063598 ( u . F / R 1 ) ½

Siendo: u = 1 (permeabilidad para materiales no magnéticos) y F = 60 Hz.

Tabla No 1.- Efecto Skin ( X vs K )

X K X K X K X K

0.0 1.0000 1.0 1.0052 2.0 1.0782 3.0 1.3181

0.1 1.0000 1.1 1.0076 2.1 1.0938 3.1 1.35100.2 1.0001 1.2 1.0107 2.2 1.1113 3.2 1.3850

0.3 1.0004 1.3 1.0147 2.3 1.1307 3.3 1.4199

0.4 1.0013 1.4 1.0197 2.4 1.1521 3.4 1.4557

0.5 1.0032 1.5 1.0258 2.5 1.1754 3.5 1.4920

0.6 1.0006 1.6 1.0332 2.6 1.2006 3.6 1.5288

0.7 1.0012 1.7 1.0421 2.7 1.2275 3.7 1.5658

0.8 1.0021 1.8 1.0524 2.8 1.2562 3.8 1.6031

0.9 1.0034 1.9 1.0644 2.9 1.2864 3.9 1.6405

La corrección por efecto SKIN es muy notoria en máquinas de mediano y gran porte,es decir, máquinas de inducción mayores de 50 KW.

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Constituye una medición precisa de la resistencia del aislamiento a masa de losbobinados. La prueba consiste en aplicar una tensión de CC (IEEE – 43 / 1991), ymedir la corriente de perdida luego de 60 segundos. La resistencia de aislamientose calcula según la ley de OHM:

IR = Tensión aplicada / corriente de fuga medida

TENSIONES DC PARA PRUEBA DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO IEEE - 43

NIVEL TENSION DEL ARROLLAMIENTO TENSION DE PRUEBA1 < 1000 VAC 500 VDC2 1000 - 2500 VAC 500 - 1000 VDC3 2501 - 5000 VAC 1000 - 2500 VDC4 5001 - 12000 VAC 2500 - 5000 VDC5 > 12000 VAC 5000 - 10000 VDC

3.1.- INDICE DE POLARIZACION (IP) IEEE - 43

Mide cuantitativamente la capacidad de polarización del aislamiento a masa.La prueba de IP se realiza comúnmente a la misma tensión que la prueba deMEGOHM y tarda 10 minutos en completarse. El Valor de IP se calcula como:

IP = IR(10min) / IR(1min).

En general los aislantes en buenas condiciones mostrarán un índice de polarizaciónalto, mientras que los aislantes dañados no lo harán. IEEE - 43 recomienda valoresmínimos para las distintas clases térmicas de aislamiento de motores:

CLASE TERMICA IP CLASE TERMICA IP

NEMA CLASE A 1.5 NEMA CLASE F 2.0NEMA CLASE B 2.0 NEMA CLASE H 2.0

3.2.- INDICE DE ABSORCION (IA) IEEE - 43

Es una variante del índice de polarización.En algunos materiales como la mica, la corriente que absorben los materiales toma10 minutos o mas para caer a cero. Pero en sistemas de aislamiento modernos lacorriente de absorción puede caer a cero en 2 o 3 minutos.El Índice de absorción se calcula como:

IA = IR(60seg) / IR(30seg)

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NIVELES DE INDICES DE ABSORCION Y POLARIZACION IEEE

NIVEL INDICE DE ABSORCION

INDICE DEPOLARIZACION

ESTADO DE LA RESIST. AISLAMIENTO

D 0 - 1.0 0 - 1 PELIGROSOC 1.0 - 1.3 1 - 2 DEFICIENTEB 1.3 - 1.6 2 - 4 BUENO

A 1.6 - SUPERIOR 4 - SUPERIOR EXCELENTE

3.3.- TENSION APLICADA (IEEE 112 / 1978 ITEM 6.2)

Demuestra que en el sistema de aislamiento a masa puede existir un voltaje aplicado

alto sin exhibir una corriente de perdida extraordinariamente alta.

TENSIONES DE PRUEBA DE HIPOT RECOMENDADOSIEEE - 95, IEEE - 43, IEC 34.1 Y NEMA MG-1.

TIPOS TENSIONPRUEBA DE LOSEQUIPOS

DESCRIPCION GENERAL VALORES DE LA TENSION APLICADA

VAC – PRUEBA Valor aproximado de tensión alterna deprueba empleada por el fabricante

2 x VACMOMINAL(MAQUINA)

+ 1.000 VOLT.

VDC – PRUEBA INICIAL Máxima tensión continua de prueba para laprimera prueba(instalación de la máquina)

1,28 x VAC – PRUEBA VOLT.

V DC – PRUEBAPERIODICA

Máxima tensión continua de prueba paralas verificaciones periódicas de la máquina 0,96 x VAC – PRUEBA

VOLT.

Expresiones para determinar la tensión de prueba del test de comprobación en máquinas rotativas

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3.4.- TENSION DE IMPULSO - IEC 34 -15 /1995 e IEEE - 522 /1992

Proporciona información acerca del Aislamiento entre espiras, y la capacidad del

aislamiento a masa para soportar transitorios de frente de onda abrupto (como losque aparecen en servicio).Las razones para realizar la prueba de impulso es que diariamente, los motores estánsometidos a transitorios de alta tensión y/o energía. Estos impulsos pueden dañar elaislamiento del motor y, en un tiempo, pueden provocar una falla en el mismo.


El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifásicoen vacío la tensión de alimentación se regula hasta que el voltímetro indique latensión nominal del motor ha ser probado (ver placa). Los instrumentos de medidaque se utilicen durante la práctica, ya están incluidos dentro del pupitre de prácticas.


La velocidad debe ser constante.

El eje del motor debe estar completamente libre.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.Con la finalidad de verificar las curvas de vacío sobreponerlos con las B vs H.

Bmax = ( VLL x 10-8 ) / 4.44 x f x A x N (Gauss)

H = ( N x 3 If ) / Lm (Amper-Vuelta/metro)Donde:

Lm = Longitud media al paquete magnético en m.N = Número de vueltas del bobinado estatórico por fase. A = Area transversal del paquete magnético estatórico = L x CL = Longitud del paquete magnético en m.C = Altura de la corona en m.f = Frecuencia del sistema Hz.VLL = Tensión de línea en Voltios.

5.- PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 )


La corriente de línea debe ser la nominal del motor.

El eje del motor debe estar trabado.

La frecuencia debe ser la nominal del motor.

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6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno LN.

Seguir las indicaciones del profesor.En forma muy atenta y delicada manipular el regulador de velocidad del frenodinámico hasta que la corriente circulante consumida por el motor es lacorriente nominal.Después del registro de las cargas aplicadas en el motor tomar el registro de lavelocidad y torque. Aplicando la siguiente expresión se logrará calcular lapotencia util.



7.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. VsTiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza adisminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.

8.- COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 – 2 Y VDE 560ITEM 4.

Todos los circuitos industriales son resistivos inductivos en consecuencia lacompensación reactiva es muy necesaria para ahorrar dinero en el pago de loskVAR-H consumidos y para dar cumplimiento de las NTCSE de nuestro país.

Los tipos de compensación reactiva son los siguientes:

Compensación individual. Compensación en grupo. Compensación automática centralizada.

Compensación dinámica (tiempo real). Filtro activo de armónicas. Control de tensión

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P

Q1QCQC

S1

QC =Q1 - Q2QC =Q1 - Q2ø

S2

f ø

S2S2

f ø

f ø

f ø

Qc = P [ Tanøi - Tanøf ]

Q2

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LABO 1-2-3

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