I.T.Tepic Control de Máquinas Eléctricas

Características par – velocidad, arranque y velocidad

En la figura, se muestra la forma en que se desarrolla el par-velocidad y el par-deslizamiento de un motor de inducción. Las dos curvas sirven para explicar el funcionamiento del motor para todo momento de operación. Aclaración: Las gráficas muestran algunas letras que equivalen a los parámetros que hemos utilizado, ellas son, C significa Par, A par de arranque, M par máximo y N velocidad. A continuación se anotan algunas características representativas.

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En el momento de arranque:

1) El deslizamiento es el máximo.S=100 % o S=1.

2) La velocidad rotórica es nula, nr=0 r.p.m.3) La corriente de arranque puede alcanzar de 4 a 8 veces la

corriente nominal.4) El par de arranque, es mayor al par de carga. Su valor es

aproximadamente 1.5 veces el par nominal, T a=1. 5T n

5) La frecuencia en el rotor es igual a la del estator. La del estator es la misma que la de red de alimentación, f r=S⋅f e=(1 )⋅f e

6) El voltaje inducido en el rotor, también es igual al del estator

dividido por la relación de transformación, Er=S

Eea

= (1 )Eea

=Eea

7) El factor de potencia es muy bajo.

En el momento d e par m áximo:

8) El deslizamiento es diferente de cero.9) El par máximo es aproximadamente 3 veces el par nominal,

Tm=3T n

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10) El par del motor es mayor que el par de carga.11) La velocidad del rotor es diferente de cero.12) La frecuencia en el rotor y el voltaje inducido en el rotor,

dependen del punto de velocidad donde se produce el par máximo.

13) La corriente ha disminuido, tendiendo a estabilizarse en sus valores nominales.

14) El factor de potencia se ha incrementado.

En el momento de operación nominal:

15) El deslizamiento es muy pequeño, de un dígito porcentual.16) La velocidad del rotor es la nominal.17) El par del motor o electromagnético es igual al par de carga,

T e=T c18) La corriente de línea que absorbe el motor es igual a la

nominal.19) La frecuencia en el rotor y el voltaje inducido en el rotor,

dependen del punto de velocidad donde se produce el punto de operación nominal.

20) El motor opera con su mejor factor de potencia.

En el momento de operación en vacío:

21) El deslizamiento es cero.22) Se considera que la velocidad del rotor es igual a la síncrona.23) La frecuencia y el voltaje inducido en el rotor, es cero.24) La corriente es solamente la de excitación.25) El par del motor es cero.26) El factor de potencia es el más bajo que se produce.

Notas importantes

La curva par-velocidad es prácticamente lineal entre vacío y plena carga. En este rango, la resistencia del rotor es mucho mayor que su reactancia, y por lo tanto, la corriente del rotor, el campo magnético del rotor y el par producido crecen linealmente al aumentar el deslizamiento.

Existe un par máximo posible que el motor no puede sobrepasar. Este par se denomina par máximo desarrollado o par de desenganche y es de dos a tres veces el par nominal de plena carga del motor.

El par de arranque del motor es ligeramente mayor que su par de plena carga, así el motor debe poder arrancar arrastrando cualquier carga, hasta la nominal.

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Para un deslizamiento dado, el par del motor varía con el cuadrado del voltaje aplicado. Este hecho es utilizado para controlar la velocidad del motor.

Si el rotor de un motor de inducción se hace girar a una velocidad superior a la velocidad sincrónica, se invierte la dirección del par desarrollado y la máquina funciona como generador, convirtiendo potencia mecánica en potencia eléctrica.

Si el rotor gira en dirección contraria a la del campo magnético, el par producido hará que la máquina se detenga rápidamente y comience a girar en dirección contraria. Puesto que para invertir el sentido de rotación del campo magnético hasta intercambiar dos de las fases del estator, este hecho se utiliza como una forma de frenado rápido en un motor de inducción. Al proceso de intercambiar dos fases con el fin de frenar rápidamente el motor, se le llama intercambio de fase.

Potencia desarrollada

La potencia eléctrica máxima que se convierte en potencia mecánica en un motor de inducción, depende del par desarrollado y de la velocidad del rotor expresada en radianes por segundo.

Pmax=Tew r

La figura siguiente, se muestra a grandes rasgos, sin entrar en detalle de cálculo, las pérdidas de potencia que se presentan en un motor de inducción asíncrono. En ella se observa que la potencia de entrada no es la misma que la que se convierte en mecánica. El cálculo de cada una de las pérdidas no se usará en este curso de máquinas eléctricas.

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Placa de datos de un motor.

La placa de datos de un motor, proporciona información de las características típicas de funcionamiento y diseño. Los valores nominales más importantes que se encuentran en la placa son:

1. Potencia de salida.2. Voltaje.3. Corriente.

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4. Factor de potencia.5. Velocidad.6. Eficiencia nominal.7. Clase de diseño según NEMA.8. Código de arranque o letra de código.9. Factor de servicio.11. Conexiones.12. Tipo de aislamiento.

La limitación de voltaje en un motor, está basada en la máxima corriente de magnetización aceptable para el motor, si se aplica un voltaje mayor, el núcleo del motor tendrá mayor saturación y será mayor la corriente de magnetización. Lo mismo que en los transformadores y en las máquinas sincrónicas, un motor de inducción diseñado para operar a 60 Hz se puede conectar a un sistema de potencias de 50 Hz pero el voltaje debe disminuirse en una cantidad proporcional a la disminución de la frecuencia. Este cambio en la especificación nominal es necesario porque el flujo en el núcleo del motor es proporcional a la integral del voltaje aplicado. Con el fin de que el flujo máximo en el núcleo se mantenga constante, al aumentar el periodo de integración se debe reducir el nivel medio del voltaje.

La limitación de la corriente en un motor de inducción se basa en el calentamiento máximo que soportan los devanados y el límite de potencia está dado por los valores nominales de voltaje y corriente en combinación el factor de potencia y la eficiencia de la máquina.

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