motor de induccion

MOTOR DE INDUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

TORQUE INDUCIDO

DESLIZAMIENTO

FRECUENCIA ROTOR

CIRCUITO EQUIVALENTE

POTENCIA Y TORQUE

CONTROL DE VELOCIDAD

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• Un maquina de inducción, no requiere corriente de campo DCpara operar la maquina, a diferencia de los maquinas DC y lasmaquinas sincrónicas.

• Aunque la maquina de inducción puede utilizarse tanto comomotor como generador, el funcionamiento como generadorposee muchas desventajas y son preferidas como motores.

• Para la generación, son preferidas las maquinas sincrónicas.

• Existen dos tipos de rotores de la maquina de induccion:JAULA ARDILLA Y ROTOR DEVANADO.

• JAULA ARDILLA: barras conductoras, dispuestas entreranuras labradas en la cara del rotor y en coci en alguno desus extremos mediante grandes anillos de cortocircuito. Sele llama así porque los conductores parecen ruedas deejercicio de las ardillas cuando corren.

INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

JAULA ARDILLA

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• ROTOR BOBINADO.

• Posee un conjunto completo de bobinados trifásicos queson imágenes de los devanados del estator. Las tres fases delas bobinas del rotor están conectadas normalmente en Y;los extremos de los tres alambres del rotor están unidos alos anillos rozantes en el eje del rotor.

• Los devanados del rotor están en coci por medio deescobillas montadas en los anillos rozantes.

• Las corrientes de rotor son accesibles en las escobillas delestator, donde se pueden medir. Además pueden insertarseuna resistencia extra en el circuito del rotor, modificando lacurva torque-velocidad.

• Estos motores son mas grandes que los jaula ardilla yrequieren mayor mantención (carbones de anillos).

INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

ROTOR BOBINADO

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TORQUE INDUCIDO• Aplicándose tensiones trifásicas al estator, fluyendo corrientes

trifásicas, provocando campos magnéticos BS que giran enSCMR (visto cap. anterior). La velocidad de rotación del campomagnético es:

• Donde: fe frecuencia eléctrica del sistema y P es el numerode polos de la maquina.

• El BS pasa por sobre las barras del rotor induciendo voltaje enlas barras; el voltaje inducido en cierta barra del rotor es:

• Donde: v es la velocidad de la barra en relación con el CM.B es el vector de densidad del flujo magnético y l lalongitud del conductor en el cm.

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TORQUE INDUCIDO• El flujo de corriente en el rotor produce un CM en el rotor BR,

luego el par inducido en la maquina es:

• Este torque va en SCMR, acelerando en esa dirección.

• La velocidad del motor, en el caso de la maquina de inducción,es “cercana” a la velocidad sincrónica, pero nunca igual. Estoes debido a que si el rotor girara a la velocidad sincrónicaentonces las barras de rotor estarían estacionarias en relaciónal CM y no habría voltaje inducido. Sin eind no hay corriente enel rotor y no habría CM en él. Sin CM en el rotor, el torqueinducido es cero y el rotor reduce su velocidad como resultadode las perdidas por roce y ventilación. Por tanto nunca puedellegar a la velocidad sincrónica. Los BR y BS giran a velocidadsincrónica pero el rotor siempre a una velocidad menor.

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DESLIZAMIENTO• Existen dos conceptos que se usan para definir el movimiento

relativo del rotor y los CMs.

• Uno es la velocidad de deslizamiento definido como:

• ndes es la veloc. de deslizamiento de la maquina. nsinc es laveloc. de los CMs y nm es la veloc. mecánica del eje delmotor.

• El otro es el deslizamiento definido por:

• En términos de velocidad angular es:

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DESLIZAMIENTO• El deslizamiento siempre toma valores entre cero (rotor a

velocidad sincrónica) o uno (rotor a velocidad cero).

• También se puede despejar la velocidad mecánica en términosdel deslizamiento

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FRECUENCIA ELÉCTRICA• Como un MI funciona por medio de la inducción de voltajes y

corrientes en el rotor de la maquina, es llamado transformadorrotatorio.

• El primario o estator induce un voltaje en el secundario orotor, pero con la diferencia que la frecuencia secundaria no essiempre igual.

• Si el rotor de un motor se bloquea, entonces el rotor tendrá lamisma frecuencia que el estator. Pero si el rotor gira a velocidadsincrónica, la frecuencia del rotor será cero.

• Para cualquier velocidad entre ellas, la frecuencia del rotor esdirectamente proporcional a la diferencia entre la velocidad delcampo magnético y la velocidad del rotor .

• Luego la frecuencia eléctrica en el rotor es:

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FRECUENCIA ELÉCTRICA• Despejando tenemos que

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• Como la inducción de voltajes y corrientes en el rotor esidéntico a un transformador, el cto. equivalente es similar.


• En este modelo elrotor y estator estánconectados por untrafo-ideal. Este cto. esequivalente por fase.

• R1 es la resistencia del estator y X1 es la dispersión del estator.

• E1 es el voltaje aplicado.

• XM la reactancia de magnetización es menor por la acción delentrehierro.

• RR y XR son las impedancias de rotor y reactancia de rotor, perodefieren en la frecuencia.

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• En el rotor, mientras mayor sea el movimiento relativo entre losCMs del rotor y el estator, mayor será el voltaje resultante delrotor y también la frecuencia del rotor; esto se da con rotordetenido. De lo contrario el menor voltaje y frecuencia seproducen cuando el rotor tiene la misma velocidad del CM delestator. Esto es proporcional al deslizamiento del rotor.

• El siguiente circuito equivalente es el final, luego de variasdeducciones que de manera mas completa se encuentran el lostextos guías. R2 y X2 son referidas al primario.


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• La potencia de entrada en un MI se presenta en voltajes ycorrientes trifásicos; la salida es potencia mecánica. Mas haypotencia que se pierde, tal como se muestra en la figura

• Las perdidas de potencia se producen en los devanados delestator (I^2R), la histéresis y corrientes parasitas.

POTENCIA Y TORQUE

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• La potencia restante se transfiere al rotor a través del EH.

• Una vez que la potencia es transferida al rotor una parte de ellase elimina en perdidas del cobre del rotor.

• El resto se convierte en potencia mecánica, pero debe restársele aesta potencia mecánica, las producidas por el roce con el aire(ventilación), fricción y misceláneas, llamadas a veces “perdidasrotacionales”.

• Finalmente esta potencia es la de salida.

• Resumen:

POTENCIA Y TORQUE

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• Resumen:

POTENCIA Y TORQUE

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• Con respecto al circuito equivalente, la potencia y el torquepueden ser deducidos y se definen como:

• Perdidas en el cobre en el estator:

• Perdidas en el núcleo:

• Potencia en el EH:

• Perdidas cobre rotor:

POTENCIA Y TORQUE

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• Potencia mecánica desarrollada:

• El torque inducido:

• El torque de carga es:

POTENCIA Y TORQUE

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• El circuito equivalente (por fase), en términos de perdidas, setiene:

POTENCIA Y TORQUE

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• El torque inducido, en términos del circuito equivalente seexpresa como:

POTENCIA Y TORQUE

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• La curva torque-velocidad entrega información importante quese resume como:

CURVA TORQUE-VELOCIDAD

• El torque inducido avelocidad sincrónica es cero.

• La curva es lineal entre vacio ya plena carga. Ya que laresistencia del rotor es muchomas grande que la reactanciadel rotor, lo que da lugar a quela corriente (por ende el CM yel torque) aumenten lineal-mente a medida que aumentael deslizamiento (es decir lavelocidad).

• El llamado “Par Máximo” esdos o tres veces el parnominal a plena carga.

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• La curva torque-velocidad entrega información importante quese resume como:

CURVA TORQUE-VELOCIDAD

• El par de arranque es un pocomayor al nominal, pudiendoarrancar la maquina concarga.

• Si la velocidad del rotor esmayor que la velocidadsincrónica, la maquinagenera.

• Si el motor gira en sentidocontrario a la dirección de losCMs el torque inducidodetendrá la maquina; esto selogra conmutando dos fasesdel estator. La acción deconmutar dos fases puededetener rápidamente el motory se llama frenado porcontracorriente.

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• El torque máximo, (𝛕=PEH/ωm ) se da cuando la PEH es máxima.Esta potencia PEH es igual a la potencia en R2/s.

• El valor máximo de torque está dado por:

• De esta expresión, el torque es proporcional al cuadrado de latensión suministrada. Mientras mas pequeñas sean lasreactancias de la maquina, mayor será el torque máximo.

• El valor máximo de torque ocurre cuando existe el deslizamientomáximo:

TORQUE MÁXIMO

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• El torque de arranque ocurre cuando s=1, es decir nm=0:

TORQUE MÁXIMO

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• La ecuación anterior el deslizamiento máximo es proporcional ala resistencia de rotor, pero esta resistencia no modifica el valormáximo del torque.

TORQUE MÁXIMO

• Luego la resistencia delrotor, en una maquina conrotor bobinado, modifica lacaracterística torque-velocidad.

• A mayor resistencia derotor, la velocidad deltorque máximo disminuye,pero el valor de torquemáximo se mantiene.

Velocidad mecánica en rpm

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• En un motor de inducción con rotor devanado, estacaracterística supone una ventaja para arrancar cargas pesadas,ya que gracias a la resistencia podemos disponer del máximotorque en el arranque.

TORQUE MÁXIMO

• Una vez que la carga estáen giro, al eliminar laresistencia del circuito derotor, el torque máximo setraslada a la velocidad casisincrónica para laoperación nominal.

Velocidad mecánica en rpm Prof. C. Pesce G.

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• El intervalo de operación de un motor de inducción estacomprendido entre un deslizamiento de menos de un 5% y lavariación de velocidad es directamente proporcional a la carga en eleje.

• Si se aumenta el deslizamiento, las perdidas en el cobre del rotorson proporcionales al deslizamiento del motor, es decir aumentantambién; recordar la ecuación vista anteriormente.

• Por lo tanto existen dos técnicas posibles de control de velocidad:

• Variación de la velocidad sincrónica, ya que esta varia lasvelocidad e los CMs del estator y rotor, puesto que la velocidaddel rotor esta siempre cercana a la velocidad sincrónica. Esto selogra cambiando la frecuencia eléctrica o cambiando el numerode polos.

• Variación del deslizamiento del rotor, para una carga dada.Esto se logra variando la resistencia de rotor


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En el control de frecuencia de un motor de inducción,cuando se opera a velocidades menores a la velocidad base(velocidad sincrónica) del motor, se hace necesarioreducir el voltaje aplicado para operar sin saturación en elnúcleo.

El voltaje en los terminales aplicado al estator debedisminuir linealmente con el decremento en la frecuenciadel estator. Si esto no se cumple las corrientes demagnetización excesivas podrían dañar la maquina.

Producto de la relación que describe el flujo en el núcleode un motor de inducción


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Si se disminuye en un 10% la frecuencia electrica sindisminuir el voltaje aplicado al estator, el flujo en elnucleo se incrementa un 10% y aumenta la corriente demagnetización en el motor.

Pero en la región saturada un incremento del 10% del flujorequiere un incremento muy alto de corrientemagnetizante, las cuales pueden ser excesivas en el motor.

Cuando se varía en forma lineal el voltaje aplicado a unmotor con una frecuencia menor a la velocidad base, elflujo permanece constante.

Si por el contrario el voltaje permanece constante y es lafrecuencia la que aumenta, el flujo de la maquina sedebilita


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En la figura superior,voltaje se reducelinealmente con lafrecuencia


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En la figura inferior,voltaje se mantieneconstante y aumenta lafrecuencia.

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En la actualidad, el método de control mas usado, es elusado en los variadores de frecuencia (VDF), en donde sevaria tanto la frecuencia como el voltaje, para el control develocidad.


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Las ondas típicas de salida de un VDF son:


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El control develocidad usandoresistencia en elrotor, permite variarla velocidad deoperación, pero estoreduce de formasevera la eficienciade la maquina.

Es así que se usa deforma temporal,debido a esteproblema.


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Fin Motor Inducción

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