Motores de Inducción Polifásicos

Motores Eléctricos Transforman energía eléctrica en mecánica. Son los motores utilizados en la industria por que: Tienen bajo costo, facilidad de transporte, de limpieza y simplicidad de la puesta en marcha, entre otros Su construcción es simple y se adapta a los mas diversos tipos de carga.

Funcionamiento de los Motores Eléctricos Los motores de CD y los de CA se basan en el mismo principio de funcionamiento. El conductor tiende a funcionar como un electroimán, que provoca el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Cuando pasa corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético, y cuando se pone este dentro de la acción de un campo magnético potente, el conductor tiende a desplazarse produciendo así la energía mecánica.

Clasificación de los Motores Eléctricos Motores de Corriente Directa Motores de Corriente Alterna: Motor Trifásico Sincrónico Motor Trifásico Asincrónico o de Inducción: Motor Asincrónico de Rotor Bobinado Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

Motores Trifásicos Utilizan energía eléctrica trifásica Se le suministra corriente alterna al estator, el devanado de este es excitado y produce un campo magnético giratorio en el entrehierro, llevándolo a girar a una velocidad síncrona, Ns En sus devanados tienen desfasamientos de 120° eléctricos La potencia trifásica que llegan a desarrollar es mayor que la de los motores monofásicos.

Partes de un Motor Trifásico Estator Carcaza Núcleo Magnético Bobinado Estatórico Barnera Rotor Eje Láminas ferromagnéticas Figura 1. Estator de un motor de inducción Figura 2. Rotor de un motor de inducción.

Constitución de un motor trifásico Estator: consiste de la carcasa fundida, un núcleo de chapas magnéticas y un arrollamiento de bobinas individuales. Rotor: puede ser de tipo jaula de ardilla o bobinado. Consiste de un núcleo de chapas magnéticas a ajustadas a presión sobre el eje. Escudos: montados en los extremos de la carcasa. En ellos se apoya y gira el eje del motor.

Motor Trifásico Asíncrono o de Inducción No precisan de un campo magnético alimentado con corriente continua sino que una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica) alimenta a un estator. La corriente en las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor y el rotor es obligado a girar.

Motor Asíncrono de Rotor Bobinado Se utiliza cuando la transmisión de potencia es demasiado elevada (a partir de 200 KW) y es necesario reducir las corrientes de arranque. Colocando resistencias variables en serie a los bobinados del rotor se consigue suavizar las corrientes de arranque. Se utiliza cuando se desea regular la velocidad del eje. Conectando un conjunto de resistencias conectadas a los bobinados del rotor, se consigue regular la velocidad del eje. En el rotor se aloja un conjunto de bobinas que además se pueden conectar al exterior a través de anillos rozantes.

Motor Asíncrono tipo Jaula de Ardilla Recibe este nombre por el parecido que tienen con una jaula de ardilla. Es el motor relativamente más barato, eficiente, compacto y de fácil construcción y mantenimiento. Se usa cuando se requiere velocidad sustancialmente constante. El rotor está integrado por un paquete de laminas ferro magnéticas de espesores muy pequeños, aislados entre sí. Y bobinado del rotor por un conjunto de conductores desnudos, de cobre o aluminio, y puestos en cortocircuito, al soldarlos a dos anillos frontales del mismo material. Figura 4. Rotor de un motor de jaula de ardilla Figura 5. Estator de un motor de jaula de ardilla.

Ventajas Permiten obtener buenas características en el torque de partida En un motor en delta, no se precisa de la utilización del neutro La velocidad se adapta a la carga En delta arranca a tensión normal A tensión reducida el pico de arranque será menor, y los limitadores no se activaran al arrancar el motor La simplicidad del material necesario para la puesta en marcha La máquina conectada a la red puede comportarse como generador de inducción.

Desventajas La elevada corriente de arranque puede provocar una caída de tensión Contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica. Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos. Debido a que la velocidad del rotor varía en sentido inverso de la carga, pueden llegar a embalarse cuando funciona en vacío.

Circuito Equivalente Estator Rotor Por ultimo podemos ver un circuito equivalente de un motor de inducción. El circuito equivalente del motor de inducción es muy similar al de un transformador, debido a la acción de transformación que ocurre al inducirse corrientes en el rotor, desde el estator. Estator Rotor

Circuito Equivalente Circuito modelo del rotor Rotor estacionario (detenido) : se induce máximo voltaje y máxima frecuencia Rotor a la misma velocidad del estator : se induce mínimo voltaje y mínima frecuencia Rotor a cualquier velocidad: el voltaje y frecuencia son proporcionales al deslizamiento

Circuito Equivalente Corriente en el rotor a frecuencia de deslizamiento Corriente en el rotor a frecuencia de línea

Circuito equivalente por fase en un motor de inducción. Circuito Equivalente final Circuito equivalente por fase en un motor de inducción.

Pérdidas en los motores de inducción PEH PConv PE PS 1 2 3 4 1: Potencias de pérdidas en el cobre del estator (PPCE) 2: Potencias de pérdidas en el núcleo (PNúcleo) 3: Potencias de pérdidas en el cobre del rotor (PPCR) 4: Potencias de pérdidas por rozamiento (PROZ.)

Pérdidas en los motores de inducción PPCE=3*(I1)2*R1 PEH=PPCE-PNÚCLEO PEH=3*(I2)2*R2/S PPCR=3*(I2)2*R2 PConv=PEH-PPCR τind= PEH/ωSinc. PSal=PConv-PRoz.

Ejemplo 1 Un motor de inducción trifásico a 220 V tiene 2 polos, una frecuencia de 50 Hz y opera con un deslizamiento del 5%. Encontrar:   La velocidad de los campos magnéticos en revoluciones por minuto. = (120*50Hz)/2 = 3000 r/min. La velocidad del rotor en revoluciones por minuto. = (1-0.05)*3000 = 2850 r/min. La velocidad de deslizamiento del rotor: = 0.05*3000 = 150 r/min. La frecuencia del rotor en Hz: =2*150/120 =2.5 Hz

Ejemplo 2 Un motor de inducción de 208 V, 60 Hz, con dos polos, conectado en Y, con un rotor devanado, tienen una capacidad nominal de 15 hp. Las componentes del circuito equivalente son:   R1=0.20 Ω R2=0.120 Ω XM=j15 Ω X1=0.410 Ω X2=0.410 Ω Pmec. =250 W Pnúcleo.=250 W Dado un deslizamiento de 0.05 encontrar: La corriente de línea IL El circuito equivalente que obtenemos es el siguiente:

Primero encontramos la impedancia equivalente del paralelo de Xm con la impedancia del rotor: Obtenemos por lo tanto: Ahora calculamos Z equiv. : Z equiv= 0.2+j0.41+2.22+j0.745=2.42+j1.155 Tenemos que Vf = 208/1.73=120V Por lo tanto la IL esta dada por: IF =120/(2.42+j1.155) IL =IF =44.8<-25.5 A

El factor de potencia del estator. FP=cos (θV- θi) FP=cos (0—25.5) FP=0.9 at.   Las pérdidas en el cobre del estator. PPCE= 3(IL)2R1 PPCE=3*(44.8) 2*0.2 PPCE=1205 W La potencia en el entrehierro. PEH= 3(IL)2RF PEH=3*(44.8) 2*2.22 PEH=13.4 kW La potencia convertida de forma eléctrica a mecánica. Pconv= (1-S)*PEH Pconv= (1-*0.05)*13.4 Pconv= 12.73 kW

La velocidad del motor en r/m y rad/s El par inducido.   La velocidad del motor en r/m y rad/s nm= (1-S) nsinc nm= (1-0.05)*3600 nm= 3200 r/min ωm= (3200 r/min)*(2πrad/1r)(1min/60s) ωm=358 rad/s El par de carga: La potencia de salida esta dada por: Psal= Pconv - Pnúcleo - Pmec. Psal=12730-180-250 Psal=12.3 kW = 12,3 kW/ (358 rad/s) =34.3 N*m La eficiencia general de la maquina. [2.3kW / (3*208*44.8*0.9)]*100% 84.5%

Conclusiones El motor asíncrono de rotor bobinado se utiliza cuando la transmisión de potencia es demasiado elevada y es necesario reducir las corrientes de arranque; o cuando se desea regular la velocidad del eje. Los motores trifásicos utilizan energía eléctrica trifásica, y tienen, en sus devanados, desfases de 120° eléctricos, y estos al ser alimentados por la corriente trifásica, generan un campo giratorio.

Conclusiones El motor síncrono es en el que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. El circuito equivalente de un motor de inducción es muy similar al de un transformador.

Muchas Gracias