Maq asincronas-mapc 2013-pptx-

U N E T
Ing. Marino A. Pernía C. 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TÁCHIRA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
NUCLEO DE ELECTRICIDAD TECNOLOGIA ELECTRICA
San Cristóbal, Táchira. Venezuela
1

U N E T
Ing. Marino A. Pernía C.
Los motores eléctricos asíncronos.
2
2

U N E T
Ing.MarinoA.PerníaC.
Se utilizan como accionamientos de
máquinas y equipos, en aplicaciones
industriales, comerciales, de
servicios y doméstico, representando
aproximadamente el 70% del
consumo mundial total de la energía
eléctrica.
Convierten la energía eléctrica en
energía mecánica que se transfiere a
la carga en forma de Par y Velocidad,
Los de mayor uso en aplicaciones
industriales son lo de corriente
alterna inducción (Jaula de ardilla).
Los motores eléctricos asíncronos.
Jaula de ardilla
Rotor bobinado
3
3

U N E T
MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN
Aspectos Constructivos
4
4

U N E T
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U N E T
Máquinas eléctrica rotativas compuestas por:
 Estator: Parte fija (núcleo y devanados).
 Rotor: Parte móvil que gira. (núcleo y devanados o barras)
 Entrehierro: Espacio ocupado por aire (0,2 a 0,5 mm.)
Núcleo del estator Núcleo del rotorentrehierro
Ing. Marino A. Pernía C. 6
6

U N E T
Bobinado en las
ranuras estator
Jaula de ardilla ranuras
rotor
Núcleo estator
Núcleo rotor
Entrehierro
VISTA AXIAL DE UN MOTOR DE
INDUCCIÓN
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U N E T
SECCIÓN ESTATOR
Dientes
Ranuras
Yugo
Abertura
entre dientes
EL ESTATOR
El devanado es trifásico cuyas bobinas se colocan en las ranuras
interiores. Las fases del devanado del estator UX-VY-WZ se conectan
en estrella Y o triángulo Δ, cuyos bornes son conectados a la red AC.
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U N E T
Está constituido por un núcleo de
hierro laminado en cuyo interior
existen p pares de arrollamientos
colocados simétricamente en un
ángulo de 120º. Son sometidos a
una C.A. y los polos del estator se
trasladan continuamente creando
un campo giratorio.
EL ESTATOR
Constituye la parte fija de la máquina.
Su función es suministrar el flujo
magnético que será usado por el
bobinado del rotor para realizar su
movimiento giratorio.
9

U N E T
.
Una fuente de
corriente alterna
trifásica alimenta al
estator
Las bobinas del
estator inducen
corriente alterna en
el circuito eléctrico
del rotor (de manera
similar a un
transformador) y el
rotor es obligado a
girar.
EL ESTATOR
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U N E T
Es la parte móvil giratoria que se localiza en el interior. Está hecho
a base de placas apiladas y montado sobre el eje del motor. Dispone
de unas ranuras donde van colocados los conductores que forman la
bobina de inducción.
rotor Jaula de ardilla Rotor bobinado
EL ROTOR
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U N E T
Ing.MarinoA.PerníaC. MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN
EL ROTOR
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U N E T
El rotor jaula de ardilla es el más utilizado. Los conductores del
rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los
extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto
no hay posibilidad de conexión del devanado del rotor con el
exterior.
De la totalidad de los rotores, el jaula de
ardilla constituye aproximadamente el
99% debido a su facilidad y economía
en la fabricación.
Anillos de
cortocircuito
Barras de Al ó Cu
Está constituido por barras de
cobre o de aluminio y unidas en
sus extremos a dos anillos del
mismo material.
EL ROTOR JAULA DE ARDILLA
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U N E T
EL ROTOR BOBINADO
El rotor está constituido por
tres devanados de hilo de
cobre conectados en un
punto común. Los extremos
pueden estar conectados a
tres anillos de cobre que
giran solidariamente con el
eje (anillos rozantes).
Haciendo contacto con estos
tres anillos se encuentran
unas escobillas que permiten
conectar a estos devanados
unas resistencias que
permiten regular la
velocidad de giro del motor.
Son más costosos y necesitan
un mayor mantenimiento. 14

U N E T
DESPIECE DE UN M.I DE ROTOR DE JAULA
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U N E T
DESPIECE DE UN M.I DE ROTOR BOBINADO
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U N E T
Placa de Identificación
FRAME : Tamaño carcasa o dimensiones físicas del motor
DESING. Característica par/velocidad (A,B,C,D) en el arranque y en carga
TYPE:
AMB: Temperatura ambiente
SF: Factor de servicio o porcentaje de sobrecarga que puede soportar el motor
DUTY: Tipo de trabajo para el cual se diseña el motor (continuo, intermitente)
INSUL CLASS: Clase de aislamiento según NEMA (A, B,F,H)
ENCL: Enclosure, tipo de cerramiento del motor (Totally Enclosed Fan-Cooled)
CODE: Letra de código define kva/hp a rotor bloqueado (A,B,C,…..V)
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U N E T
Conexión en estrella-triangulo
Generalmente, los fabricantes de motores asíncronos trifásicos, en la caja de
bornes de sus motores colocan el principio y el final de cada uno de los
devanados del estator con el objeto de que el motor se pueda utilizar para
diferentes tensiones de línea
red
red red
Conexión en estrella de un motor asíncrono trifásico Conexión en delta de un motor asíncrono trifásico
red red
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U N E T
Conexiones estrella - triángulo
En la conexión en delta se une el principio de una bobina con el final de otra
hasta completar el cierre de las tres, mientras que para conectar en estrella
se unen los tres finales de las bobinas. Todo a través de pletinas de cobre que
se cambian de lugar dependiendo del tipo de conexión que se desee.
delta o triángulo estrella
19

U N E T
Otras conexiones en caja de bornes
20

U N E T
Otras conexiones en caja de bornes
21

U N E T
Principio de Funcionamiento
Campo Magnético Giratorio
Está basado en la creación de un campo magnético giratorio al
alimentar los devanados estatóricos con tensiones trifásicas
simétricas y equilibradas de igual valor eficaz y desfasadas 120º
22

U N E T
Sometido a una corriente alterna trifásica, las corrientes Ia, Ib e Ic
crearán campos magnéticos desfasados 120° los polos del estator se
trasladan continuamente creando un campo móvil llamado "campo giratorio".
23

U N E T
2 polos 4 polos
El campo magnético resultante en cada instante resulta de la
suma vectorial de los campos magnéticos de cada fase ,
estableciendo un campo magnético giratorio. 24

U N E T
Al aplicar corriente trifásica al devanado del estator se crea en este, un
campo magnético giratorio. Este campo magnético giratorio induce en las
espiras del rotor una fuerza electromotriz, y como todas las espiras están
en cortocircuito, circula por ellas una corriente que produce fuerzas (par).25

U N E T
El C.M.G , generado por las bobinas
de estator, corta a las barras de
rotor e inducen voltajes en ellas
que al estar cortocircuitadas hacen
circular corrientes que producen
fuerzas de origen magnético.
El rotor tiende a acompañar la rotación
del campo magnético de estator ,
generando un torque , dando rotación a
las barras y movimiento a la carga a una
velocidad ƞ2 < ƞs
26

U N E T
27

U N E T
La velocidad síncrona esta definida por la
velocidad de rotación del campo
magnético , el cual depende de la
frecuencia de la red y del N° de polos
magnéticos “p” generados por las bobinas
Cuando el devanado del estator es
alimentado por una corriente trifásica,
se induce un campo magnético giratorio,
cuya velocidad (síncrona) es: 𝜼 𝒔
Velocidad de sincronismo
𝜼 𝒔 =
𝟏𝟐𝟎. 𝒇
𝒑N°
polos
Velocidad sincrónica (r.p.m)
60 Hz 50 Hz
2 3600 3000
4 1800 1500
6 1200 1000
8 900 750
10 720 600
12 600 500
28

U N E T
El rotor gira en la
misma dirección
que el campo
magnético
tratándolo de
alcanzar.
El rotor nunca alcanza la velocidad sincrónica del estator, ya
que si lo hace ningún flujo corta el rotor desapareciendo el voltaje
inducido y por tanto el torque. Es por eso que el motor de
inducción recibe el nombre también de asincrónico.
Velocidad del rotor
29

U N E T
Deslizamiento (s)
𝒔 =
𝜼 𝒔 − 𝜼 𝟐
𝜼 𝒔
La diferencia entre la velocidad del campo magnético giratorio del
estator y la del rotor se conoce como deslizamiento y es una variable
importante en todas las ecuaciones del motor de inducción ya que
tanto el torque como la velocidad se miden en función de este.
30

U N E T
Deslizamiento (s)
Si el motor gira a una velocidad diferente
que la velocidad sincrónica , las barras de
rotor corta las líneas de flujo magnético y
por lo tanto circulan corrientes inducidas
por las barras
Cuanto mayor sea la carga en el eje, mayor
tendrá que ser el torque necesario para
moverla
Para desarrollar un mayor torque , mayor deberá ser
la diferencia de velocidad entre el rotor y el C.M.G,
mayor también será el consumo de corriente
𝒔 =
𝜼 𝒔 − 𝜼 𝟐
𝜼 𝒔
𝜼 𝒔 =
𝟏𝟐𝟎. 𝒇
𝒑 31

U N E T
Características de operación
En la partida, la velocidad de giro del rotor es nula, en ese momento la
intensidad absorbida es aproximadamente 6 veces la intensidad
nominal, el torque es 1,5 veces el torque nominal
Durante el periodo de
aceleración , la
intensidad se reduce
progresivamente, el
torque disminuye al
principio , pero luego
aumenta hasta un
valor máximo cuando
se alcanza el 75 % de
la velocidad nominal
32

U N E T
MÁQUINAS TRIFÁSICAS DE INDUCCIÓN
régimen de trabajo
a la velocidad de
sincronismo no
existe conversión
de potencia, no
existe par.
0 < s < 1 motor
s < 0 freno
s > 1 generador
33

U N E T
Característica Par(M) vs Velocidad (ω)
Punto A Instante del arranque del motor. Ma: par de arranque, Iarr = 6 Inom
Tramo AC Zona de funcionamiento inestable del motor
Punto C Carga crítica que obligaría al motor a entregar su par máximo.
Tramo CE funcionamiento estable entre la velocidad crítica y la velocidad de vacío.
Punto D Corresponde al régimen nominal del motor
Punto E No hay carga mecánica acoplada al eje del motor, Mo para vencer el roce mecánico.
Punto F un motor ideal sin rozamientos. 𝜔0 = 𝜔1 y el par motor sería nulo Mo = 0. 34

U N E T
Característica par vs deslizamento (s)
Característica par vs velocidad (ƞ)
35
𝒔 =
𝜼 𝒔 − 𝜼 𝟐
𝜼 𝒔
𝜼 𝒔 =
𝟏𝟐𝟎. 𝒇
𝒑
𝜼 𝟐 = (𝟏 −s)𝜼 𝒔

U N E T
Balance energético o flujo-grama de potencia
Pérdidas eléctricas 𝑷 𝑪𝒖 = 𝑷 𝑪𝑳
Asociadas a la resistencia eléctrica de las
bobinas y barras 𝑷 𝑪𝒖𝒆 + 𝑷 𝑪𝒖𝒓
Pérdidas magnéticas 𝑷 𝑭𝒆= 𝑷 𝒏𝒖𝒄𝒍𝒆𝒐
Asociadas al núcleo del hierro del estator
Pérdidas mecánicas 𝑷 𝑹𝒐𝒄𝒆
Asociadas rozamiento de partes móviles,
ventilación y resistencia del aire
𝑷é𝒓𝒅 = 𝑷 𝑪𝒖 +𝑷 𝑭𝒆 + 𝑷 𝑹𝒐𝒄𝒆
𝑷 𝒂𝒃𝒔 = 𝑷ú𝒕𝒊𝒍 + 𝑷é𝒓𝒅
𝑃𝐶𝑢𝑒
𝑃𝐶𝑢𝑟
𝑃𝐹𝑒
𝑃𝐹𝑒
𝑃𝑅𝑜𝑐𝑒
𝑃 𝑚𝑖𝑠𝑐
𝑃𝑎𝑏𝑠 =𝑃𝑖𝑛
𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙= 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑡
𝑃𝑚
𝑃𝑡Potencia mecánica 𝑷 𝒎 = 𝑷 𝒄𝒐𝒏𝒗
Es la potencia que se convierte de eléctrica a
mecánica desde el rotor hasta el eje.
Potencia transmitida 𝑷 𝒕 = 𝑷 𝑨𝑮
Es la potencia que se transfiere desde el
estator hasta el rotor a través del entrehierro
36

U N E T
37
Balance energético o flujo-grama de potencia
3 cos
cos
100
120
9,55
abs
abs
abs
u
abs
útil abs
útil
p V I
p
I
V I
p
p
p p
f
Ns
p
Ns N
s
Ns
p
M
N




   

 
 
 







U N E T
38
Desarrollo del circuito equivalente
Monofásico sin referir

U N E T
Circuito Equivalente Exacto
Monofásico referido al estator
39
Modelo con pérdidas
del núcleo 𝑷 𝑭𝒆
concentradas en el
estator
concentradas en el
rotor
𝑹 𝑳
′
= 𝑹 𝒓
′
(
𝟏
𝒔
- 1)
𝑽 𝒆
𝑽 𝒆
Modelo 2
Modelo 1

U N E T
40
concentradas en el
ESTATOR
concentradas en el
ROTOR
Uso de varios estilos de nomenclatura para representar el cto equivalente

U N E T
41
concentradas en el
estator
concentradas en el
rotor
𝑹 𝒆 𝑿 𝒆 𝑿 𝒓
′
𝑹 𝒓
′
𝑹 𝑳
′
= 𝑹 𝒓
′
(
𝟏
𝒔
- 1)
′
𝑹 𝒓
′
𝑹 𝑳
′
= 𝑹 𝒓
′
(
𝟏
𝒔
- 1)
𝑹 𝒑
𝑿 𝒎
𝑽 𝒆
𝑽 𝒆
Uso de varios estilos de nomenclatura para representar el cto equivalente

U N E T
42
Circuito Equivalente aproximado

U N E T
Circuito equivalente monofásico aproximado
43

U N E T
44
concentradas en el
estator
concentradas en el
rotor
′
𝑹 𝒓
′
𝑹 𝑳
′
= 𝑹 𝒓
′
(
𝟏
𝒔
- 1)
′
𝑹 𝒓
′
𝑹 𝑳
′
= 𝑹 𝒓
′
(
𝟏
𝒔
- 1)
𝑹 𝒑
𝑿 𝒎
𝑽 𝒆
𝑽 𝒆

U N E T
Ensayo en vacío a rotor libre
45
𝐼 𝐹𝑒 𝐼 𝑚

U N E T
Ensayo en vacío a velocidad sincrónica
46

U N E T
47
Ensayo a rotor bloqueado

U N E T
Flujograma de potencia
48

U N E T
Clasificación NEMA
Clase A Clase B Clase C Clase D
49

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