Principios básicos de los motores trifásicos

Principios básicos de los motores trifásicos

Manual de trabajo

Con CD-ROM

L1 L2 L3

1

-F1

2

3

4

5

6

N PE -Q1

1

I>

2

3

I>

4

5

I>

6

-A1.2

-M1

M 3

M

n

Input PE L3/N DCOutput

P2

-A1.1

L1 L2 DC+

I

Motor 

3.0 Nm 2.8 2.6

2.4 A

M = f [n]

2.4 2.2

2.1

2.0

1.8

360 W

1.5

300

1.2

240

0.9

180

0.6

120

0.3

60

1.8 P2 = f [n]

1.6 1.4 1.2

I = f [n]

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 200

400

600

800 1000 1200 min-1 1600 n

Festo Didactic 571801 es

Referencia: Datos actualizados en: Autores: Redacción: Artes gráficas: Maquetación:

571801 08/2011 Jürgen Stumpp Frank Ebel Anika Kuhn, Jürgen Stumpp 09/2011, Frank Ebel, Susanne Durz

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Índice Utilización debida y convenida _____________________________________________________________ IV Prólogo ______________________________________________________________________________ V Introducción ____________________________________________________________________________ VII Indicaciones de seguridad y utilización _____________________________________________________ VIII Equipo didáctico "Principios básicos de motores trifásicos" _____________________________________ IX Objetivos didácticos________________________________________________________________________X Atribución de los ejercicios en función de objetivos didácticos ____________________________________ XI Componentes ___________________________________________________________________________ XIII Informaciones para el instructor ____________________________________________________________ XV Estructura de los ejercicios ________________________________________________________________ XVI Denominación de los componentes _________________________________________________________ XVI Contenido del CD-ROM __________________________________________________________________ XVII

Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna _________________________________________________________________3 Ejercicio 1 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito _________________5 Ejercicio 2 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones y cálculos con diversas cargas _________________________________________ 15 Ejercicio 3 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 29 Ejercicio 4 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico _____________________________________ 43 Ejercicio 5 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas ________________________________ 49 Ejercicio 6 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 59

Ejercicios y hojas de trabajo Motores de corriente alterna _________________________________________________________________3 Ejercicio 1 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito _________________5 Ejercicio 2 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones y cálculos con diversas cargas _________________________________________ 15 Ejercicio 3 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 29 Ejercicio 4 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico _____________________________________ 43 Ejercicio 5 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas ________________________________ 49 Ejercicio 6 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 59

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 571801

III

Uso apropiado El equipo didáctico "Principios básicos de motores de corriente trifásica" deberá utilizarse únicamente cumpliendo las siguientes condiciones:  Utilización apropiada y convenida en cursos de formación y perfeccionamiento profesional  Utilización en perfecto estado técnico Los componentes del conjunto didáctico cuentan con la tecnología más avanzada actualmente disponible y cumplen las normas de seguridad. A pesar de ello, si se utilizan indebidamente, es posible que surjan peligros que pueden afectar al usuario o a terceros o, también, provocar daños en el sistema. El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y técnicas de automatización industrial. La empresa u organismo encargados de impartir las clases y/o los instructores deben velar por que los estudiantes/aprendices respeten las indicaciones de seguridad que se describen en el presente manual. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por lesiones sufridas por el instructor, por la empresa u organismo que ofrece los cursos y/o por terceros, si la utilización del presente conjunto de aparatos se realiza con propósitos que no son de instrucción, a menos que Festo Didactic haya ocasionado dichos daños premeditadamente o de manera culposa.

IV


Prólogo El sistema de enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las profesiones correspondientes. En consecuencia, los equipos didácticos están clasificados según los siguientes criterios:  Conjuntos didácticos de orientación tecnológica  Mecatrónica y automatización de procesos de fabricación  Automatización de procesos continuos y técnica de regulación  Robótica móvil  Equipos didácticos híbridos El sistema para enseñanza de la técnica de automatización se actualiza y amplía regularmente, a la par que avanzan los métodos utilizados en el sector didáctico y se introducen nuevas tecnologías en el sector industrial. Los equipos didácticos técnicos abordan los siguientes temas: neumática, electroneumática, hidráulica, electrohidráulica, hidráulica proporcional, controles lógicos programables, sensores, electrotecnia, electrónica y actuadores eléctricos.

Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos.


V

Todos los conjuntos didácticos incluyen lo siguiente:  Hardware (equipos técnicos)  Material didáctico  Seminarios Hardware (equipos técnicos) El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados para fines didácticos. La selección de componentes de los equipos didácticos y su ejecución se realiza específicamente según los proyectos previstos para cada nivel. Material didáctico Los medios relacionados con cada tema se clasifican en teachware (material didáctico) y software. El «teachware» orientado hacia la práctica, incluye lo siguiente:  Libros técnicos y libros de enseñanza (publicaciones estándar para la adquisición de conocimientos de carácter fundamental).  Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias y soluciones modelo)  Diccionarios, manuales, publicaciones técnicas (profundizan los temas técnicos)  Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de estudio ilustrativo y activo)  Pósters (para la representación esquematizada de temas técnicos) El software incluye programas para las siguientes aplicaciones:  Programas didácticos digitales (temas de estudio preparados didácticamente, aprovechando diversos medios digitalizados)  Software de simulación  Software de visualización  Software para la captación de datos de medición  Software para diseño de proyectos y construcción  Software de programación para controles lógicos programables Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio autodidacta. Seminarios Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos se completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el perfeccionamiento profesional.

¿Tiene alguna sugerencia o desea expresar una crítica en relación con el presente manual? Envíe un e-mail a: [email protected] Los autores y Festo Didactic están interesados en conocer su opinión.

VI


Introducción El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento profesional de carácter práctico. El equipo didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno" aborda los siguientes temas:  Principios básicos de los motores de corriente continua  Principios básicos de los motores de corriente alterna  Principios básicos de los motores trifásicos El manual de trabajo "Principios básicos de motores de corriente trifásica" ofrece una introducción al tema de los motores eléctricos con conexión a corriente trifásica. Se explican la construcción, las conexiones y las aplicaciones de estos motores. Los motores se exponen a situaciones muy diferentes de carga para explotar al máximo sus posibilidades de experimentación. Para el montaje deben cumplirse las siguientes condiciones técnicas:  Un puesto de laboratorio equipado con un bastidor A4  El conjunto didáctico TP 1410 con sistema de servomotor y freno  Conexión a la red de 400 V AC  Un motor asíncrono trifásico  Un motor síncrono trifásico  Componentes para el accionamiento de las máquinas eléctricas  Cables de seguridad de laboratorio Para solucionar las tareas de los seis ejercicios se necesitan los componentes incluidos en el conjunto TP 1410 y los motores trifásicos. La teoría necesaria para entender los ejercicios consta en el manual titulado 

«Teoría para profesiones del sector eléctrico» (referencia 567297).

Adicionalmente se ofrecen las hojas de datos correspondientes a cada uno de los componentes (motores asíncronos trifásicos, motores síncronos trifásicos, etc.).


VII

Indicaciones de seguridad y utilización

Informaciones generales  Los estudiantes únicamente podrán trabajar con los equipos en presencia de un instructor.  Lea detenidamente las hojas de datos correspondientes a cada uno de los componentes y respete especialmente las respectivas indicaciones de seguridad.  Los fallos que podrían mermar la seguridad no deberán ocasionarse durante las clases y deberán eliminarse de inmediato. Parte mecánica  Incluya todos los componentes necesarios en el bastidor A4.  Respete las indicaciones sobre el posicionamiento de los componentes. Parte eléctrica 

Poner en funcionamiento el sistema de servomotor y freno únicamente con un cable adicional de seguridad adicional.

Output

L1 DC+

L2

Input

L3/N DC-

PE

PE

   

VIII

El termostato del motor siempre deberá conectarse a la entrada "Motor " del banco de pruebas. Las conexiones eléctricas únicamente deberán conectarse y desconectarse sin tensión. Utilizar únicamente cables eléctricos provistos de conectores de seguridad. Al desconectar los cables, tire únicamente de los conectores de seguridad, nunca de los cables.


Equipo didáctico "Principios básicos de motores trifásicos" Esta parte del conjunto didáctico TP 1410 fue concebido para ofrecer informaciones sobre los fundamentos de motores de corriente trifásica. Algunos componentes del equipo didáctico TP 1410 también pueden formar parte del contenido de otros equipos didácticos. Componentes principales del TP 1410  Puesto de trabajo fijo con bastidor A4  Conjuntos de equipos o componentes individuales (motor asíncrono trifásico, motor síncrono trifásico)  Cables de laboratorio de seguridad  Instalaciones de laboratorio completas Material didáctico El material didáctico del equipo didáctico TP 1410 incluye tres manuales de trabajo. Los manuales de trabajo incluyen las hojas de ejercicios, las soluciones y un CD-ROM. Cada manual de trabajo se entrega con las hojas de ejercicios y de trabajo correspondientes a cada tarea a resolver. El equipo didáctico se entrega con hojas de datos correspondientes a los componentes del hardware. Material didáctico Manuales de trabajo

Fundamentos de motores de corriente continua Fundamentos de motores de corriente alterna Fundamentos de motores trifásicos

Programas de estudio digitalizados

WBT (curso a través de la red) motores eléctricos 1 WBT (curso a través de la red) motores eléctricos 2

Cuadro general de los medios correspondientes al equipo didáctico TP 1410

Software didáctico correspondiente al conjunto TP 1410: programas de estudio "Motores eléctricos 1" y "Motores eléctricos 2". Estos programas didácticos ofrecen explicaciones exhaustivas sobre los fundamentos de los motores eléctricos. Los contenidos didácticos abordan estos temas de modo sistemático y recurriendo a ejemplos reales. Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet. Los equipos didácticos de la tecnología de la automatización industrial se actualizan y amplían constantemente. Los juegos de transparencias, los vídeos, los CD-ROM y DVD, los programas y otros medios didácticos se ofrecen en diversos idiomas.


IX

Objetivos didácticos

         

      

X

Principios básicos del motor asíncrono trifásico El estudiante conocerá la construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito El estudiante conocerá las conexiones del motor y sus denominaciones. El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes de los circuitos de estrella y de triángulo. El estudiante conocerá las diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo. El estudiante sabrá cómo funciona un motor trifásico. El estudiante conocerá el significado del concepto "motor asíncrono". El estudiante conocerá el comportamiento de arranque de un motor trifásico. El estudiante sabrá cómo invertir el sentido de giro de un motor trifásico. El estudiante sabrá como modificar la velocidad de giro de un motor trifásico. El estudiante conocerá los circuitos necesarios para realizar mediciones puntuales con el fin de obtener las líneas características de funcionamiento con carga, y sabrá cómo utilizar un medidor de potencia monofásico y un medidor de potencia trifásico. El estudiante sabrá qué condiciones deben cumplirse antes de poner en funcionamiento el motor sin carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas. El estudiante sabrá realizar los cálculos necesarios para obtener la potencia aparente y la potencia efectiva. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá realizar los cálculos necesarios para obtener los valores correspondientes a la potencia reactiva, al grado de eficiencia y al factor de potencia. El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga recurriendo a los valores calculados. El estudiante conocerá los criterios a aplicar en relación con los momentos del motor y con el comportamiento en arranque.


                

        

Principios básicos del motor síncrono trifásico El estudiante conocerá la construcción y el funcionamiento de un motor síncrono trifásico. El estudiante conocerá el sistema auxiliar para la puesta en funcionamiento del motor síncrono. El estudiante conocerá el significado del concepto "motor síncrono". El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes del motor de los circuitos de estrella y de triángulo. El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes conectando el motor a la red de 230 V / 400 V. El estudiante sabrá cómo invertir el sentido de giro de un motor síncrono. El estudiante sabrá como modificar la velocidad de giro de un motor síncrono. El estudiante conocerá el problema que surge al ajustar la tensión de excitación. El estudiante conocerá el problema que surge al poner en marcha motores síncronos grandes. El estudiante conocerá el circuito necesario para medir el funcionamiento del motor síncrono sin carga. El estudiante sabrá cómo poner en funcionamiento el motor síncrono sin carga. El estudiante sabrá realizar las mediciones necesarias para representar la subexcitación y la sobreexcitación. El estudiante sabrá obtener las líneas características de la subexcitación y la sobreexcitación. El estudiante conocerá el significado de los conceptos subexcitación y sobreexcitación. El estudiante sabrá cómo controlar la potencia reactiva a diversas cargas con la corriente de excitación. El estudiante sabrá cómo obtener las líneas características para controlar la potencia reactiva con la corriente de excitación. El estudiante podrá evaluar las líneas características con potencia reactiva capacitiva e inductiva. Utilización del sistema de servomotor y freno y del software DriveLab El estudiante sabrá utilizar el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab. El estudiante sabrá cómo conectar y poner en funcionamiento los motores con el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab. El estudiante conocerá la interfaz de usuario del software DriveLab. El estudiante sabrá seleccionar y modificar las magnitudes de medición en los ejes X e Y. El estudiante sabrá cómo modificar el color y el estilo de las curvas de medición. El estudiante sabrá cómo ajustar la velocidad de giro y el momento de giro desde el ordenador. El estudiante sabrá cómo preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador. El estudiante sabrá cómo incluir un motor nuevo en la biblioteca de motores. Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las líneas características del motor sometido a carga y podrá incluirlas en la documentación del proyecto.


XI

Atribución de los ejercicios en función de objetivos didácticos Ejercicio

1

2

3

4

5

6

Objetivo didáctico El estudiante conocerá la construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito.

•

El estudiante conocerá las conexiones del motor y sus denominaciones.

•

El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes del motor de los circuitos de estrella y de triángulo.

•

El estudiante conocerá las diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo.

•

El estudiante sabrá cómo funciona un motor trifásico.

•

El estudiante conocerá el significado del concepto "motor asíncrono".

•

El estudiante conocerá el comportamiento de arranque de un motor trifásico.

•

El estudiante sabrá cómo invertir el sentido de giro de un motor trifásico.

•

El estudiante sabrá como modificar la velocidad de giro de un motor trifásico.

• •

El estudiante sabrá utilizar el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab. El estudiante conocerá los circuitos necesarios para realizar mediciones puntuales con el fin de

•

obtener las líneas características de funcionamiento con carga, y sabrá cómo utilizar un medidor de potencia monofásico y un medidor de potencia trifásico. El estudiante sabrá qué condiciones deben cumplirse antes de poner en funcionamiento el

•

motor sin carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas.

•

El estudiante sabrá realizar los cálculos necesarios para obtener la potencia aparente y la potencia efectiva.

•

El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá realizar los cálculos necesarios para obtener los valores correspondientes a la potencia reactiva, al grado de eficiencia y al factor de potencia.

•

El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga recurriendo a los valores calculados.

•

El estudiante conocerá los criterios a aplicar en relación con los momentos del motor y con el comportamiento en arranque.

XII

•

•


Ejercicio

1

2

3

4

5

6

Objetivo didáctico El estudiante sabrá utilizar el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab.

•

•

El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor utilizando el banco de pruebas y el software DriveLab.

•

•

El estudiante conocerá la interfaz de usuario del software de programación DriveLab.

•

•

El estudiante sabrá seleccionar y modificar las magnitudes de medición en los ejes X e Y.

•

•

El estudiante sabrá cómo modificar el color y el estilo de las curvas de medición.

•

•

El estudiante sabrá cómo ajustar la velocidad de giro y el momento de giro desde el ordenador.

•

•

El estudiante sabrá cómo preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador.

•

•

El estudiante sabrá cómo incluir un motor nuevo en la biblioteca de motores.

•

•

•

•

Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las líneas características del motor sometido a carga e incluirlas en la documentación del proyecto. El estudiante conocerá la construcción y el funcionamiento de un motor síncrono trifásico.

•

El estudiante conocerá el sistema auxiliar para la puesta en funcionamiento del motor síncrono.

•

El estudiante conocerá el significado del concepto "motor síncrono".

•

El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes de los circuitos de estrella o de triángulo.

•

El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes conectando el motor a la red de 230 V / 400 V.

•

El estudiante sabrá cómo invertir el sentido de giro de un motor síncrono.

•

El estudiante sabrá como modificar la velocidad de giro de un motor síncrono.

•

El estudiante conocerá el problema que surge al ajustar la tensión de excitación.

•

El estudiante conocerá el problema que surge al poner en marcha motores síncronos grandes.

•

El estudiante conocerá el circuito necesario para medir el funcionamiento del motor síncrono sin carga.

•

El estudiante sabrá cómo poner en funcionamiento el motor síncrono sin carga.

•

El estudiante sabrá realizar las mediciones necesarias para representar la subexcitación y la sobreexcitación.

•

El estudiante sabrá obtener las líneas características de la subexcitación y la sobreexcitación.

•

El estudiante conocerá el significado de los conceptos subexcitación y sobreexcitación.

•

El estudiante sabrá cómo controlar la potencia reactiva a diversas cargas con la corriente de excitación.

•

El estudiante sabrá cómo obtener las líneas características para controlar la potencia reactiva con la corriente de excitación.

•

El estudiante podrá evaluar las líneas características con potencia reactiva capacitiva e inductiva.

•


XIII

Componentes Utilizando los componentes contenidos en el equipo didáctico "Principios básicos de motores eléctricos de corriente trifásica" el estudiante adquiere conocimientos sobre la construcción, las conexiones y las aplicaciones de motores de corriente trifásica. Para que los circuitos funcionen, se necesita adicionalmente el puesto de trabajo de laboratorio (opcionalmente con bastidor A4), el conjunto didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno", una conexión a corriente alterna de 400 V y los sistemas de accionamiento de las máquinas eléctricas.

Equipo didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno" Componente

Referencia

Cantidad

Sistema de servomotor y freno

571870

1

Componente

Referencia

Cantidad

Motor asíncrono trifásico 400/690 V

571875

1

Motor síncrono

572095

1

Componente

Referencia

Cantidad

Alimentación de corriente trifásica para EduTrainer

571812

1

Fuente de alimentación de 24 V para EduTrainer

571813

1

Tablero de contactores, EduTrainer

571814

1

Juego de contactores (técnica de motores)

571816

1

Unidad de control e indicación, EduTrainer

571815

1

Motores eléctricos: "Principios básicos de los motores trifásicos"

Sistemas de accionamiento de motores eléctricos

XIV


Símbolos de los componentes Componente

Símbolo gráfico

Conecte un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).

M 3

Motor asíncrono trifásico con rotor con anillo colector

M 3

Motor síncrono trifásico

MS 3


XV

Informaciones para el instructor Objetivos didácticos La meta didáctica general del presente manual de trabajo consiste en que el estudiante conozca los principios básicos del funcionamiento de motores eléctricos de corriente trifásica. La interacción directa entre la teoría y la práctica segura un rápido y sostenible progreso de los estudios. Los objetivos detallados constan en la lista anterior correspondiente. Los objetivos didácticos concretos e individuales están relacionados con cada ejercicio específico. Duración aproximada El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos previos de los alumnos. Con aprendices/estudiantes del sector de electricidad: aprox. 3 días. Con operarios con nivel de capacitación de oficiales o estudiantes de mayor nivel: aprox. 1 día. Componentes El contenido del manual de trabajo y los componentes se corresponden. Para resolver las tareas de tres ejercicios se necesita un motor asíncrono trifásico. Para resolver las tareas de los otros tres ejercicios se necesita un motor síncrono trifásico. Las normas En el presente manual de trabajo se aplican las siguientes normas: EN 60617-2 hasta EN 60617-8: Símbolos gráficos para esquemas de distribución EN 81346-2: Sistemas industriales, equipos, máquinas y productos industriales; principios de estructuración e identificaciones de referencia Identificaciones utilizadas en el manual de trabajo Los textos con las soluciones y las informaciones complementarias en las representaciones gráficas aparecen en color rojo. Identificaciones utilizadas en la colección de ejercicios Las partes que deben completarse en los textos aparecen marcadas con líneas o con celdas sombreadas en las tablas. Las gráficas que deben completarse están identificadas mediante un fondo matricial. Sugerencias para las clases Aquí se ofrecen informaciones adicionales sobre cada componente y circuito. Estas informaciones no aparecen en las hojas de trabajo. Especialidades de estudio A continuación se establece una relación entre las especialidades técnicas / profesiones y los temas incluidos en el manual "Principios básicos de motores eléctricos de corriente trifásica".

XVI


Profesión

Especialidad de estudio

Tema

Electrónico especializado en técnicas de automatización

1

Analizar sistemas electrotécnicos y comprobar las funciones

3

Analizar y adaptar sistemas de control

6

Analizar equipos y comprobar su seguridad

3

Instalar aparatos eléctricos considerando aspectos de seguridad

4

Analizar flujos de energía y transmisión de datos en módulos eléctricos, neumáticos e hidráulicos

7

Crear sistemas parciales de mecatrónica

11

Poner en funcionamiento, localizar de fallos y realizar reparaciones

Mecatrónico

Estructura de los ejercicios La estructura metódica es la misma para todos los ejercicios. Los ejercicios están estructurados de la siguiente manera:  Título  Objetivos didácticos  Descripción de la tarea a resolver  Esquema de situación  Finalidad del proyecto  Medios auxiliares  Hojas de ejercicios El manual de trabajo contiene las soluciones de las tareas incluidas en las hojas de trabajo.

Denominación de los componentes La denominación de los componentes incluidos en los esquemas se ha establecido conforme a la norma DIN EN 81346-2. Dependiendo del componente específico, se agregan letras de identificación. Si un circuito incluye varios componentes iguales, éstos están numerados correlativamente. Relés: Pulsadores / Conmutadores: Contactores: Fusibles: Equipos de señales:

-K, -K1, -K2, … -S, -S1, -S2, … -Q, -Q1, -Q2, … -F, -F1, -F2, ... -P, -P1, -P2, ...


XVII

Contenido del CD-ROM El manual de trabajo está incluido en el CD-ROM adjunto en forma de archivo de formato pdf. El CD-ROM del presente equipo didáctico incluye material didáctico complementario. Estructura del contenido del CD-ROM:  Instrucciones de utilización  Imágenes  Hojas de datos Instrucciones de utilización Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner en funcionamiento los componentes respectivos. Imágenes Mediante fotografías y representaciones gráficas se muestran aplicaciones industriales reales. Estas imágenes pueden aprovecharse para entender mejor la tarea a resolver en cada ejercicio. Además, pueden utilizarse para ampliar y completar la presentación de proyectos. Hojas de datos Las hojas de datos de los componentes constan en archivos de formato PDF.

XVIII


Índice Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna _________________________________________________________________3 Ejercicio 1 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito _________________5 Ejercicio 2 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones y cálculos con diversas cargas _________________________________________ 15 Ejercicio 3 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 29 Ejercicio 4 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico _____________________________________ 43 Ejercicio 5 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas ________________________________ 49 Ejercicio 6 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 59


1

2


Motores de corriente alterna


3

4


Ejercicio 1 Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito Objetivos didácticos Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá alcanzado las siguientes metas didácticas:  El estudiante conocerá la construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito  El estudiante conocerá las conexiones del motor y sus denominaciones.  El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes de los circuitos de estrella o de triángulo.  El estudiante conocerá las diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo.  El estudiante sabrá cómo funciona un motor trifásico.  El estudiante conocerá el significado del concepto "motor asíncrono".  El estudiante conocerá el comportamiento de arranque de un motor trifásico.  El estudiante sabrá cómo invertir el sentido de giro de un motor trifásico.  El estudiante sabrá como modificar la velocidad de giro de un motor trifásico.

Descripción de la tarea a resolver Un estudiante recibe el motor. El instructor le encarga a este estudiante analizar el motor trifásico redactar un informe detallado sobre su análisis.

Importante En este ejercicio no se pone en funcionamiento el motor.


5

Ejercicio 1 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

    

6

Tareas a resolver Describa la construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (con jaula de ardilla). Atribuya las características del motor a los números incluidos en el esquema que representa la placa de identificación del motor. Complete los datos en el reglón de bornes del motor correspondientes a los circuitos de estrella y de triángulo. Describa las diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo. Describa el funcionamiento de un motor trifásico. ¿Qué significa el concepto "motor asíncrono"? Describa el comportamiento de arranque de un motor trifásico. Describa cómo se invierte el sentido de giro de un motor trifásico. ¿De qué factores depende la velocidad de giro de un motor trifásico? ¿Cómo puede modificarse la velocidad de giro?

Medios auxiliares Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes Hojas de datos Internet WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1



1. Construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (jaula de ardilla) 1

10 2 3 9 4

8

7

6

5

Conexión de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: dibujo en sección

Conceptos Eje de accionamiento, conjunto de chapa para acoger el devanado del estator, anillo de cortocircuito del rotor, devanado del estator, caja de bornes, rodamiento para el alojamiento del eje de accionamiento, conjunto de chapa del rotor en cortocircuito, reglón de bornes para la conexión del motor en circuitos de estrella o triángulo, ventilador para la refrigeración del motor, tapa del rotor para cubrir el ventilador

–

Atribuya a cada número que consta en el dibujo en sección la denominación del componente correspondiente.

N°

Denominación

1

Pieza de chapa del rotor para el devanado del estator

2

Devanado del estator

3

Rodamiento para el alojamiento del eje de accionamiento

4

Árbol de accionamiento

5

Anillo en cortocircuito del rotor

6

Pieza de chapa del rotor en cortocircuito

7

Regleta de bornes para la conexión del motor en circuito de estrella o triángulo

8

Caja de bornes

9

Tapa del rotor para cubrir el ventilador

10

Ventilador para la refrigeración del motor


7


2. Placa de identificación de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13

–

Atribuya las características del motor a los números incluidos en el esquema que representa la placa de identificación del motor. Valores característicos: Número de fabricación o número de identificación del fabricante; Nombre e identificación del fabricante; Tensión en la fase; Corriente nominal; Potencia nominal; Denominación de tipo aplicada por el fabricante; Factor de potencia; Cantidad de fases en el caso de motores de corriente alterna; Velocidad de giro nominal; Clase de aislamiento y clase térmica de los devanados; Directiva VDE correspondiente a máquinas eléctricas giratorias; Clase de protección del cuerpo (código IP) según DIN EN 60529; Clase de aislamiento y clase térmica de los devanados

8

N°

Características del motor

1

Nombre e identificación del fabricante

2

Número de fabricación o número de identificación del fabricante

3

Denominación de tipo aplicada por el fabricante

4

Cantidad de fases en el caso de motores de corriente alterna

5

Tensión en la fase

6

Corriente nominal

7

Potencia nominal

8

Factor de potencia

9

Velocidad de giro nominal

10

Frecuencia nominal en el caso de motores de corriente alterna

11

Clase de aislamiento y clase térmica de los devanados

12

Clase de protección del cuerpo (código IP) según DIN EN 60529

13

Directiva VDE correspondiente a máquinas eléctricas giratorias



3. Reglón de bornes del motor correspondientes a los circuitos de estrella y de triángulo. Información El devanado del estator del motor es de tres fases y crea el campo rotatorio. Los extremos del devanado de las tres fases están conectados al reglón de bornes, donde se conectan en estrella o en triángulo.

a) Complete los circuitos de las bobinas de los circuitos de estrella y de triángulo.

L1

L2

L1

L3

L2

L3

V1 U2

V1

V2 U2

W2

U1

V2 W2

U1

W1

W1

Conexión en Estrella

Conexión en triángulo

b) Dibuje los puentes en la caja de bornes de los circuitos de estrella y de triángulo.

U1

V1

W1

U1

V1

W1

U1

V1

W1

U1

V1

W1

W2

U2

V2

U2

V2

W2

W2

U2

V2

U2

V2

W2




9


c)

¿Cuál es el valor que consta en la placa de identificación que indica si el motor funciona con conexión en estrella o con conexión en triángulo? El parámetro que se necesita conocer para saber si el motor funciona con conexión en estrella o triángulo es la tensión de la fase. Si se indica que la tensión es de 400 V, significa que cada espira tiene 400 V. Ello únicamente es posible si el motor funciona con conexión en triángulo. En el caso de conexión en triángulo, la tensión en la fase es igual a la tensión en el cable. Si se indica que la tensión es de 230 V, significa que cada espira tiene 230 V. Ello únicamente es posible si el motor funciona con conexión en estrella. En el caso de conexión en estrella, la tensión de la fase es 3 inferior a la tensión en el cable.

4. Diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo. Información La bobina del estator de un motor trifásico puede ser de un devanado de dos o varios polos. Las tres fases separadas están dispuestas en un desfase (eléctrico) de 120°. Si se unen entre sí los tres extremos del devanado de las tres fases, se obtiene una conexión en estrella. Si se une el extremo del devanado de una fase con el principio del devanado de la siguiente fase, se obtiene una conexión en triángulo.

a) Apunte en los casilleros las conexiones que correspondan (en estrella o en triángulo). Tensión de la red

10

Tensión admisible en las fases

400 V

230 V

Triángulo

—

400 V

Estrella

Triángulo

230 V



b) El motor ha sido previsto para el funcionamiento con conexión en estrella y por equivocación está conectado en triángulo. Describa las consecuencias que tiene esta equivocación. Si el motor fue concebido para la conexión en estrella (puentes horizontales en el reglón de bornes), cada espira únicamente debe tener 230 V en la red de 230 / 400 V. Sin embargo, si por equivocación el motor funciona con conexión en triángulo, cada espira recibe 400 V (tensión de la fase en conexión en triángulo). El devanado obtiene una tensión demasiado alta, la corriente supera la corriente nominal y se queman las espiras por lo que se destruye el motor.

c)

El motor ha sido previsto para el funcionamiento con conexión en triángulo y por equivocación está conectado en estrella. Describa las consecuencias que tiene esta equivocación. Si el motor fue concebido para el funcionamiento con conexión en triángulo (puentes en posición vertical en el reglón de bornes), cada espira debe recibir 400 V. Si por equivocación funciona con conexión en estrella y si se aplica la tensión nominal, el devanado del estator no recibe suficiente tensión. Considerando que la velocidad de giro no depende de la tensión, esta situación no incide en la velocidad de giro. Sin embargo, el momento de giro cambia en función del cuadrado de la tensión, de modo que si la tensión es menor, también el momento de giro es menor. En estas condiciones, el motor no supera el funcionamiento en reposo y consume la corriente de arranque. Esta corriente es superior a la corriente nominal. Por lo tanto, aunque la tensión es menor, el motor consumirá demasiada corriente. El motor se recalienta y los devanados se destruirían en el transcurso del tiempo.

Información Conexión en estrella


Símbolo

Y



Tensión en la fase

U Str 

Intensidad de fase

Potencia aparente en una fase

Potencia aparente total

Potencia alimentada


U Str  U

U 3

I Str  I

S Str 

S  3

I Str  U 3 U 3

I

S Str 

I

S  3

I 3 U 3 U 3

I

I

P1  3  U  I  cos 

11


5. Funcionamiento del motor de corriente trifásica –

Describa cómo se produce el movimiento del rotor en un motor de corriente trifásica. Si por devanado del estator del motor trifásico circula corriente trifásica, se produce un campo rotatorio. La velocidad de giro de este campo es el resultado de la siguiente fórmula: n 

f  60 , P

n: Velocidad de giro en rpm, f: Frecuencia en Hz, P: Número de pares de polos. Según esta fórmula, la velocidad de giro más elevada del campo es de 3.000 rpm en una red de 50 Hz. La jaula del rotor que aún se encuentra en reposo está expuesta a un cambio del flujo magnético debido al campo rotatorio del estator, de manera que en la jaula se induce una tensión. Esta tensión provoca un flujo de corriente en el devanado del rotor en cortocircuito. El devanado en cortocircuito por el que fluye la corriente deja de estar en reposo y el rotor empieza a girar. El campo rotatorio que gira a una velocidad constante "arrastra consigo al rotor". El sentido de giro del rotor coincide con el sentido de giro del campo. Cuanto más se acercan las revoluciones del rotor a las revoluciones del campo, tanto menos cambia el campo. De este modo disminuye la tensión inducida en el rotor y, por lo tanto, también disminuye la corriente.

6. Significado del concepto "motor asíncrono" –

Explique el concepto "motor asíncrono". La velocidad de giro del rotor es inferior a la velocidad de giro del campo rotatorio síncrono. La diferencia entre la velocidad de giro del rotor y la velocidad de giro del campo se llama resbalamiento. El motor funciona como motor asíncrono. El resbalamiento suele expresarse en por ciento de la velocidad de giro del campo. Funcionando el motor con carga nominal, el resbalamiento es entre 1 % y 8 %. Cuanto menor es el resbalamiento, tanto mayor la potencia del motor.

12



7. Comportamiento en arranque –

Describa el comportamiento de arranque de un motor trifásico asíncrono. En el momento de la puesta fluye la mayor cantidad de corriente, es decir, cuando el rotor aún no gira. Esta corriente de arranque (corriente de conexión, corriente de excitación) es desde cuatro hasta ocho veces superior a la corriente nominal, dependiendo del tipo de rotor y de la tensión de la red. Esta gran carga proveniente de la red alimentadora puede provocar caídas de la tensión. Por esta razón, los motores grandes conectados a la red pública deben incluir obligatoriamente limitadores de arranque. A modo de limitador de arranque del motor conectado a la red pública se utilizan principalmente conexiones en estrella o en triángulo (conmutador o contactor) y, también, convertidores de frecuencia.

8. Cambio del sentido de giro de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (jaula de ardilla) a) Describa cómo se invierte el sentido de giro de un motor trifásico. Para cambiar el sentido de giro de un motor trifásico puede cambiarse la posición de dos conductores externos. Es indistinto cuál de los conductores se cambia.

b) Describa dos posibilidades para cambiar el sentido de giro de un motor trifásico en la práctica. En la práctica se cambia el sentido de giro utilizando un conmutador de inversión o un circuito con contactor inversor.


13


9. Factores que determinan la velocidad de giro de un motor trifásico Información Si se conecta el devanado de un motor trifásico a la red de corriente trifásica, se produce un campo rotatorio. La velocidad de giro del campo depende de la frecuencia y del número de pares de polos de los devanados.

a) Complete los números de pares de polos e indique las velocidades de giro correspondientes. Velocidades de giro síncronas correspondientes a números de polos usuales suponiendo una frecuencia de 50 Hz Número de polos

2

4

6

8

10

12

Número de pares de polos

1

2

3

4

5

6

Velocidad de giro [rpm]

3000

1500

1000

750

600

500

b) Describa las posibilidades que existen para modificar la velocidad de giro de motores trifásicos. En la práctica puede cambiarse la velocidad de giro de un motor trifásico cambiando el número de pares de polos. Sin embargo, en este caso el cambio de la velocidad de giro se hace en un solo nivel (inversión de polos mediante un circuito Dahlander). El método más "elegante" de controlar la velocidad de giro consiste en modificar la frecuencia. La frecuencia se puede regular de manera continua con convertidores de frecuencia.

14


Índice Ejercicios y hojas de trabajo Motores de corriente alterna _________________________________________________________________3 Ejercicio 1 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito _________________5 Ejercicio 2 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones y cálculos con diversas cargas _________________________________________ 15 Ejercicio 3 – Motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 29 Ejercicio 4 – Principios básicos del motor asíncrono trifásico _____________________________________ 43 Ejercicio 5 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas ________________________________ 49 Ejercicio 6 – Motor asíncrono trifásico sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab _____________________________________________ 59


1

2


Motores de corriente alterna


3

4


Ejercicio 1 Principios básicos del motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito Objetivos didácticos Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá alcanzado las siguientes metas didácticas:  El estudiante conocerá la construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito  El estudiante conocerá las conexiones del motor y sus denominaciones.  El estudiante conocerá los puentes en la caja de bornes de los circuitos de estrella o de triángulo.  El estudiante conocerá las diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo.  El estudiante sabrá cómo funciona un motor trifásico.  El estudiante conocerá el significado del concepto "motor asíncrono".  El estudiante conocerá el comportamiento de arranque de un motor trifásico.  El estudiante sabrá cómo invertir el sentido de giro de un motor trifásico.  El estudiante sabrá como modificar la velocidad de giro de un motor trifásico.

Descripción de la tarea a resolver Un estudiante recibe el motor. El instructor le encarga a este estudiante analizar el motor trifásico redactar un informe detallado sobre su análisis.

Importante En este ejercicio no se pone en funcionamiento el motor.


5


1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

    

6

Tareas a resolver Describa la construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (con jaula de ardilla). Atribuya las características del motor a los números incluidos en el esquema que representa la placa de identificación del motor. Complete los datos en el reglón de bornes del motor correspondientes a los circuitos de estrella y de triángulo. Describa las diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo. Describa el funcionamiento de un motor trifásico. ¿Qué significa el concepto "motor asíncrono"? Describa el comportamiento de arranque de un motor trifásico. Describa cómo se invierte el sentido de giro de un motor trifásico. ¿De qué factores depende la velocidad de giro de un motor trifásico? ¿Cómo puede modificarse la velocidad de giro?

Medios auxiliares Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes Hojas de datos Internet WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1

Nombre: __________________________________

Fecha: ____________



1. Construcción de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (jaula de ardilla) 1

10 2 3 9 4

8

7

6

5

Conexión de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito: dibujo en sección

Conceptos Eje de accionamiento, conjunto de chapa para acoger el devanado del estator, anillo de cortocircuito del rotor, devanado del estator, caja de bornes, rodamiento para el alojamiento del eje de accionamiento, conjunto de chapa del rotor en cortocircuito, reglón de bornes para la conexión del motor en circuitos de estrella o triángulo, ventilador para la refrigeración del motor, tapa del rotor para cubrir el ventilador

–

N°

Atribuya a cada número que consta en el dibujo en sección la denominación del componente correspondiente. Denominación

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Nombre: __________________________________

Fecha: ____________

7


2. Placa de identificación de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13

–

Atribuya las características del motor a los números incluidos en el esquema que representa la placa de identificación del motor. Valores característicos: Número de fabricación o número de identificación del fabricante; Nombre e identificación del fabricante; Tensión en la fase; Corriente nominal; Potencia nominal; Denominación de tipo aplicada por el fabricante; Factor de potencia; Cantidad de fases en el caso de motores de corriente alterna; Velocidad de giro nominal; Clase de aislamiento y clase térmica de los devanados; Directiva VDE correspondiente a máquinas eléctricas giratorias; Clase de protección del cuerpo (código IP) según DIN EN 60529; Clase de aislamiento y clase térmica de los devanados

N°

Características del motor

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

8

Nombre: __________________________________

Fecha: ____________



3. Reglón de bornes del motor correspondientes a los circuitos de estrella y de triángulo. Información El devanado del estator del motor es de tres fases y crea el campo rotatorio. Los extremos del devanado de las tres fases están conectados al reglón de bornes, donde se conectan en estrella o en triángulo.

a) Complete los circuitos de las bobinas de los circuitos de estrella y de triángulo.

V1

U2

V1

V2 U2

W2

U1

V2 W2

U1

W1

W1



b) Dibuje los puentes en la caja de bornes de los circuitos de estrella y de triángulo.

U1

V1

W1

U1

V1

W1

U1

V1

W1

U1

V1

W1

W2

U2

V2

U2

V2

W2

W2

U2

V2

U2

V2

W2




Nombre: __________________________________

Fecha: ____________

9


c)

¿Cuál es el valor que consta en la placa de identificación que indica si el motor funciona con conexión en estrella o con conexión en triángulo?

4. Diferencias prácticas entre circuitos de estrella y de triángulo. Información La bobina del estator de un motor trifásico puede ser de un devanado de dos o varios polos. Las tres fases separadas están dispuestas en un desfase (eléctrico) de 120°. Si se unen entre sí los tres extremos del devanado de las tres fases, se obtiene una conexión en estrella. Si se une el extremo del devanado de una fase con el principio del devanado de la siguiente fase, se obtiene una conexión en triángulo.

a) Apunte en los casilleros las conexiones que correspondan (en estrella o en triángulo). Tensión de la red 400 V

Tensión admisible en las fases

230 V 400 V 230 V

10

Nombre: __________________________________

Fecha: ____________



b) El motor ha sido previsto para el funcionamiento con conexión en estrella y por equivocación está conectado en triángulo. Describa las consecuencias que tiene esta equivocación.

c)

El motor ha sido previsto para el funcionamiento con conexión en triángulo y por equivocación está conectado en estrella. Describa las consecuencias que tiene esta equivocación.

Información Conexión en estrella


Símbolo

Y



Tensión en la fase

U Str 

Intensidad de fase

Potencia aparente en una fase

Potencia aparente total

Potencia alimentada


U Str  U

U 3

I Str  I

S Str 

S  3

I Str  U 3 U 3

I

S Str 

I

S  3

I 3 U 3 U 3

I

I

P1  3  U  I  cos 

Nombre: __________________________________

Fecha: ____________

11


5. Funcionamiento del motor de corriente trifásica –

Describa cómo se produce el movimiento del rotor en un motor de corriente trifásica.

6. Significado del concepto "motor asíncrono" –

12

Explique el concepto "motor asíncrono".

Nombre: __________________________________

Fecha: ____________



7. Comportamiento en arranque –

Describa el comportamiento de arranque de un motor trifásico asíncrono.

8. Cambio del sentido de giro de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito (jaula de ardilla) a) Describa cómo se invierte el sentido de giro de un motor trifásico.

b) Describa dos posibilidades para cambiar el sentido de giro de un motor trifásico en la práctica.


Nombre: __________________________________

Fecha: ____________

13


9. Factores que determinan la velocidad de giro de un motor trifásico Información Si se conecta el devanado de un motor trifásico a la red de corriente trifásica, se produce un campo rotatorio. La velocidad de giro del campo depende de la frecuencia y del número de pares de polos de los devanados.

a) Complete los números de pares de polos e indique las velocidades de giro correspondientes. Velocidades de giro síncronas correspondientes a números de polos usuales suponiendo una frecuencia de 50 Hz Número de polos

2

4

6

8

10

12

Número de pares de polos Velocidad de giro [rpm]

b) Describa las posibilidades que existen para modificar la velocidad de giro de motores trifásicos.

14

Nombre: __________________________________

Fecha: ____________


Principios básicos de los motores trifásicos

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