El motor sincrono

2. Objetivos
4. Pruebe su conocimiento
5. El motor sincrono. Parte 2
6. Conclusiones

Parte 1

Objetivos

* Examinar la construcción de un motor sincrono 3Φ.

* Obtener las características de los motores sincronos 3 Φ.

Procedimiento

1. Examine la construcción del motor/generador sincrono, prestando particular atención a los devanados del rotor y el estator y los polos del rotor.

a) Identifique las escobillas.

b) Las escobillas pueden ser removidas?

Rta: No, porque son las que le suministran la corriente de excitación al rotor.

c) Note como los dos devanados del rotor llegan a los slip rings

d) Identifique los retenes de los devanados del rotor. Están compuestos de barras de cobre insertadas en las cabezas de los polos y soldadas a cada uno de los polos a una lamina de cobre.

e) Identifique los cuatro polos salientes justo debajo de los retenes de los devanados. También hay solo dos devanados, están conectados de tal forma que sus fuerzas magnetomotrices actúan en oposición. De esta manera se crean cuatro polos.

2. Examine el panel frontal del cableado del modulo del motor/generador sincrono.

1. Rta: 1 Y 4 ; 2 Y 5 ; 3 Y 6 ;

   Cuál es el valor nominal de la corriente de los devanados del estator?

   Rta: 8 Amp.

2. Los tres devanados separados del estator estan conectados a los terminales.

   Rta: 120 V.

3. Cual es el valor nominal del voltaje de los devanados del estator?

   Rta: 7 Y 8;

4. El devanado del rotor esta conectado a través de la perilla a los terminales:

   Rta: 120V.

5. Cuál es el voltaje nominal de los devanados del rotor?
6. Cuál es la velocidad nominal del motor?

Rta: 1800 r.p.m

g) Cuál es la potencia mecánica de salida del motor?

Rta: 2 KW.

8. Identifique la resistencia de arranque

i) Identifique la perilla de sincronización.

3.

a) Conecte su motor/generador sincrono al modulo de conexión.

b) Instale el tacómetro eléctrico en su motor/generador sincrono.

4.

Usando la fuente, el amperímetro AC, el motor/generador sincrono y el modulo de motor/generador sincrono. Conecte el circuito como esta en la figura. Note que los tres devanados de los estatores están conectados en "Y" para conseguir 208V 3 Φ en la salida de la fuente (terminales 1, 2 y 3).

5.

a) Encienda la fuente, arranque el motor, usando el arrancador del motor sincrono. Note que el motor arranca lentamente y continua corriendo como un motor de inducción ordinario.

b) Registre la dirección de rotación:

Rta: La rotación se da en un sentido antihorario

c) Mida y registre las tres corrientes de línea

Rta: I1 = 5.6 Amp (ac) ; I2 = 6.1 Amp (ac) ; I3 = 5.9 Amp (ac)

d) Pare el motor usando el arrancador del motor sincrono y apagando la fuente.

e) Intercambie una de las conexiones de la fuente.

f) Encienda la fuente y arranque el motor.

1. Rta: Ahora la rotación se dio en un sentido horario.

2. Anote la dirección de rotación
3. Mida y registre las tres corrientes de línea.

Rta: I1 = 5.8 Amp (ac) ; I2 = 5.9 Amp (ac) ; I3 = 6.0 Amp ( Ac)

i) Pare el motor usando el arrancador de motor sincrono y apague la fuente.

6.

1. b) Conecte el motor/generador DC al modulo de conexión del motor/generador DC.

   7.

   a) Usando la fuente, el modulo amperímetro AC, el modulo arrancador, el modulo de conexión para motor sincrono, un reóstato de campo, y el modulo de medición DC, conecte mostrado en la figura.

   b) Asegúrese de que la perilla del interruptor de sincronizado este cerrada(arriba) y gire el reostato a favor de las manecillas del reloj (máxima resistencia). Note que el circuito de excitación esta conectado a los terminales 8 y N (120 V DC).

   c) Encienda la fuente y arranque el motor.

   d) Ajuste el reostato para una corriente de campo normal (100% del factor de potencia) .

   e) Pare el motor, apague la fuente y remueva el amperímetro del circuito de campo. Reconecte el circuito sin el amperímetro.

   8.

2. Acople el motor/generador sincrono al motor/generador DC.

1. a) Usando la fuente, el modulo de conexión de motor/generador DC, un reopstato de campo y tres módulos de resistencia, conecte el circuito mostrado en la figura.

   b) Note que el circuito de campo esta conectado a los terminales 8 y N.

   c) Encienda la fuente y ajuste el reostato para una corriente de excitación de 1.1A DC.

   d) Apague la fuente.

   e) Note que las tres resistencias variables están en paralelo. Todos los interruptores deben estar apagados.

   9.

   a) Cierre el interruptor de cada resistencia de 30 ohm de todos los módulos de resistencia. Esto proveerá una resistencia equivalente de 10 ohm conectado al generador DC.

   b) Encienda la fuente.

   c) Arranque el motor usando el arrancador sincrono y observe que pasa. No trate de encender el motor por mas de 10 segundos.

   d) Pare el motor y apague la fuente.

   e) Describa que pasa.

   Rta: El motor no arranco pese a que se sostuvo presionado el botón de arranque durante

   diez segundos, debido a la carga puesta en el produciéndole una corriente de

   excitación en su campo.

   f) Que indican los amperímetros?

   Rta : Cuando el arrancador comienza a dispararse las corrientes son máximas y al mismo

   tiempo oscilan cuando están en este punto.

   g) Debería un motor sincrono, bajo carga, arrancar con corriente de excitación en su campo?

   10.

   a) Abra los interruptores de 30 ohm. Todos los interruptores deben estar abiertos.

   b) Conecte el rotor del motor sincrono a la salida de la fuente de 0-120V DC variable (terminales 7 y N).

   c) Asegúrese que la salida de voltaje es cero.

   d) Cierre los interruptores de 30 ohm solo en un modulo. Esta carga resistiva permitirá que el motor se acerque lo suficiente a la velocidad sincrónica para poder ser sincronizado.

   e) Encienda la fuente y arranque el motor.

   f) Describa que pasa.

   Rta: observando los amperímetros se aprecia que las corrientes de nuevo son máximas y oscilan de forma permanente cuando se encuentran en este punto máximo.

   g) Su motor esta operando como un motor de inducción?

   Rta: si, ya que existe un limite superior finito para la velocidad del motor, en donde si el rotor del motor estuviera rotando a velocidad sincrónica las barras del rotor serian estacionarias con respecto al campo magnético y no habría voltaje inducido. Por lo cual eind seria igual a cero, no habría corriente en el rotor ni tampoco campo magnético rotorico, y sin este no habría a su vez par inducido y el rotor se frenaría.

   h) Cuidadosamente ajuste la salida de voltaje a 120V DC como lo indica el medidor de la fuente (posición 7 Y N).

   Rta: observamos que el motor se estabiliza o se sincroniza cuando su nivel de voltaje

   llega a 44, 6 voltios.

2. Describa que pasa.

   Rta: I1 = 4,9 Amp (ac) ; I2 = 4,7 Amp (ac) , I3 = 4,4 Amp (ac)

3. Cuidadosamente, mientras el motor esta corriente, cambie la escala de la línea de amperímetros de 30 a 5 A AC. Solo uno a la vez. Cuales son las corrientes de línea?
4. El motor esta operando como motor sincrono?

Rta: si, porque su voltaje adquiere un determinado valor limite superior en donde encuentra la sincronización o dicho de otra forma se estabiliza o adquiere una velocidad constante.

l) Regrese el voltaje a cero, pare el motor y apague la fuente.

11.

a) Conecte el circuito mostrado en la figura. Note que el motor sincrono esta conectado para configuración de arrancado normal. ( Como un motor trifasico de armadura de ardilla).

b) Note que el estator del motor esta conectado a los terminales 4, 5 y 6 de la fuente.

c) Note también que los dos voltímetros están enserie. El voltaje actual E2 es E2= V1+V2.

d) El selector de la fuente debe estar en 4 y 5.

12.

a) Remueva los tres módulos de resistencia variable de la armadura del circuito del generador y reemplácelo por un disyuntor DC. No altere cualquiera de las otras conexiones.

b) Cierre el disyuntor para corto-circuitar el generador y producir el máximo torque.

13.

a) Encienda la fuente y ajuste la salida de voltaje a 140V AC.

b) Arranque el motor y mantenga el dedo en el botón de arrancado mientras rápidamente se mide E1(debe ser menos de 140V AC), V1, V2, las corrientes de línea y el torque de arranque. Luego quite el dedo del botón y el motor debe parar.

Rta: E1 = 125,7 V (ac) V2 = 143,2 V (ac)

V1 = 142,7 V (ac) I2 = 2,2 A (ac)

I1 = 2,2 A (ac) I3 = 2,2 A (ac)

Su torque es igual a 7 N.m

c) Calcule el voltaje de rotor y la corriente de línea.

Rta:

E2 = V1 + V2 = 142,7 V + 143,2 V = 285,9 V

IL = ( I1 + I2 + I3 ) / 3 = ( 2,2 A + 2,2 A + 2,2 A ) / 3 = 2,2 A ( ac)

14.

a) Sabiendo que corrientes y voltajes son proporcionales a los voltajes del estator, calcule E2 e IL para pleno voltaje de arrancado.

b) Sabiendo que el torque es proporcional al voltaje del estator de armadura, calcule el voltaje pleno de arrancado.

15.

a) Calcule la potencia aparente del motor a voltaje pleno de arrancado.

b) Calcule el torque de plena carga correspondiente a 2KW a 1800rpm.

Rta: ind = p / Wm = 2000 W / ( 1800* 2* PI ) / 60 = 2000 / 188,44 = 10,61 N.m

c) Explique porque un gran voltaje AC E2 fue inducido en los devanados del rotor.

Rta: Si se fija una carga al eje de un motor sincrono este desarrollara suficiente par para mantenerse girando a la velocidad sincrónica junto con su carga, ocasionando una gran IF y a su vez una gran EA inducida en el rotor, este hecho es de gran importancia ya que le ocasiona al motor una ventaja de estabilidad o de sincronismo.

16.

a) Con un circuito intacto, arranque el motor usando el arrancador de motor sincrono. Mantenga su dedo en el botón de arrancado mientras el motor acelera.

b) Después de unos segundos abra el disyuntor, manteniendo el dedo en el motor de arrancado. El motor comienza a andar a plena velocidad y correr como motor de inducción. Note el efecto sobre el voltaje inducido E2.

c) Que le pasa a E2 cuando la velocidad aumenta?

Rta: Si miramos desde el punto de vista en donde a un incremento de IF se ocasiona también un incremento en EA, pero que no afecta la potencia real suministrada por el motor, y vemos que al incrementarse IF no ocurre alguna variación con la velocidad del eje del motor, de ello podemos decir que E2 no se ve afectado al incrementarse la velocidad en el eje del motor y por el contrario después de haber tomado algún valor superior limite el se mantiene constante a menos que haya cambio en el par aplicado al motor porque ahí si ocurría cambios en IF y por consiguiente en EA también.

Pruebe su conocimiento.

1. Que precauciones debe tomar durante el periodo de arrancado de un motor sincrono?

Rta: Reducir la velocidad del campo magnético del estator a un valor suficientemente bajo para que el rotor pueda acelerar y se enlace con el durante medio ciclo de rotación del campo magnético. Esto se puede llevar a cabo reduciendo la frecuencia de la potencia eléctrica aplicada.

2. Enumere dos razones de por que los devanados del rotor de un motor sincrono es usualmente conectado a una resistencia externa durante el periodo de arrancado.( Aun si el rotor esta provisto con una armadura de ardilla).

Rta:

1. Cuando posee armadura de ardilla este ayuda a que el par inducido se adicione y no por el contrario se reste como pasaría si el rotor tuviera devanados convencionales en su armadura, entonces si se posee rotor jaula de ardilla este le ocasiona un solo sentido de giro al motor que seria lo mas conveniente para su utilidad.
2. El estar conectado a resistencias externas durante el periodo de arrancado evita peligros si en determinado momento existen grandes corrientes que pueden llegar a sobrecalentar o quemar los devanados del rotor o el estator, acabando con la vida útil del motor o deteriorándola según sea el caso, este mecanismo de resistencias externas son sistemas de control se seguridad para los motores y a su vez sirven como determinado sistema de arrancado para ciertos motores que necesitan ser arrancados con carga de lo contrario habrían accidentes costosos para cualquier industria.

3. Compare las características del motor sincrono con las armaduras de ardilla.

Rta: Al ponerse un motor sincrono en marcha con su corriente normal de campo se produce un par primero en sentido contrario a las manecillas del reloj y luego en el sentido de las manecillas del reloj en un ciclo, lo cual produce un promedio igual a cero de estos dos torques aplicados en un ciclo al motor, lo cual lo hace ver como un método poco conveniente para cualquier uso; por el contrario existe el motor con armadura de ardilla en el que por su construcción vemos que sus laminas cortocircuitadas producen un par que siempre vaya en la misma dirección adicionadosen y no por el contrario se resten provocando un promedio diferente de cero.

LABOARTORIO 14

EL MOTOR SINCRONO

PARTE 2

Objetivos

* Observar como un motor sincrono puede actuar como una inductancia o capacitancia variable.

* Obtener la curva característica de corriente DC vs corriente AC para un motor sincrono.

Procedimiento

1. Conecte el motor/generador al modulo de conexión.

2.

a) Usando el modulo de la fuente, el arrancador del motor sincrono, el amperímetro AC, El medidor de factor de potencia, el modulo de conexión del motor, el volti-amperimetro DC, y un reostato de campo, conecte el circuito mostrado en la figura.

b) Note que el arrancador del motor esta conectado a 208V, en la salida 3Φ de la fuente (1, 2 y 3).

c) Gire la perilla del reostato completamente en sentido de las manecillas de reloj.

d) Asegúrese que el interruptor del rotor este abierto(abajo).

3.

1. Rta: I1 = 5.8 Amp (ac) ; I2 = 6,3 Amp (ac) ; I3 = 6,1 Amp (ac)

   b) Note el indicador del factor de potencia. Esta en adelanto o en atraso?

   c) Pare el motor.

   4.

   a) Cierre el interruptor del rotor(arriba).

   b) Cambie las conexiones de los tres amperímetros AC de 10 a 5 A.

2. Encienda la fuente y arranque el motor. Anote los valores de las corrientes AC I1, I2eI3.

   I1 = 2,2 Amp (ac) I2 = 2,6 Amp (ac)

   I3 = 2,5 Amp (ac) IF = 0,55 Amp (ac)

   El factor de potencia esta aun en atraso? Si

   Son estos valores mas pequeños que los del paso 2. a). ? Si.

   d) Use el reostato para aumentar gradualmente la excitación DC hasta que el Factor de potencia sea por encima de 1.0. Luego, tan pronto la fuente es conectada, el motor actua como una resistencia y la corriente de línea es mínima.

   Anote los valores de las tres corrientes de línea.

   I1 = 0,8 Amp (ac) I2 = 0,9 Amp (ac) I3 = 0,8 Amp (ac)

    e) Anote los valores de la corriente de excitación a un factor de potencia de 1.0

   If = 0,95 Amp (ac)

   f) Aumente la excitación y note que las corrientes de línea comienzan a aumentar de nuevo. El motor esta generando potencia reactiva de la fuente y parece un capacitor.

   4.

   a) Para cada factor de potencia de la tabla mida y registre las corrientes de línea y la corriente de excitación.

   b) Regrese el voltaje a cero y apague la fuente.

3. Arranque el motor y anote de nuevo los valores de AC de I1, I2 e I3 y la corriente de excitación If.
4. Complete la tabla calculando la corriente de línea y los valores de los pasos 2. a) y 3. c)

Pruebe su conocimiento

1.

a) Dibuje los valores de corriente de línea vs los valores DC de la corriente de la tabla en la grafica.

b) Dibuje una curva suave a través de los puntos.

c) Dibuje los puntos de factor de potencia registrados vs los valores de corriente DC de la tabla, en la grafica.

d) Dibuje una curva suave a través de los puntos.

2. Podría un motor sincrono llamarse también un inductor sincrono?

Rta: si porque en dicho motores el campo magnético estatorico posee una corriente de campo la cual induce un voltaje interno en el rotor de la maquina en donde con los efectos que se producen al arrancarlo y enlazarlo en marcha constante podemos determinarlo como un motor inductor sincrono.

Conclusiones

• Observamos el funcionamiento del motor sincrono y se pudo relacionar con el motor de inducción como si fuera un motor de inducción sincrono.
• Detallar la diferencia de operar un motor con armadura con devanados de alambre de cobre con la de operar un motor con rotor jaula de ardilla y los beneficios que este trae con su construcción de barras cortocircuitadas .
• Analizar el sistema de arranque que se le da a un motor sincronico con carga con el sistema de control mediante resistencias externas como sistema de protección al mismo motor.

RIGOBERTO HERNANDO OLARTE

ING Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIA