Cap6_Motores de Inducción

1. Cap6_Motores de Inducción Máquinas Eléctricas Prof. Andrés J. Díaz Castillo PhD

2. Contenido • Introducción • Construcción • Campo magnético Rotativo • Slip y velocidad del motor • Voltaje inducido en el rotor • Circuito del rotor • Diagrama representativo • Característica del motor de inducción 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

3. Introducción • El motor de inducción es el motor mas utilizado en la industria y electrodomésticos de gran potencia (Lavadora, secadora, Nevera, bomba de agua, Aire acondicionado. • Esto es debido a su robustez, fácil construcción y mantenimiento. • Sin embargo este motor también tiene algunas desventajas. • No se cambia la velocidad tan fácilmente • Requiere una corriente grande de arranque • Posee bajo factor de potencia • Necesita alimentación trifásica o mecanismo de arranque para operarse con una sola fase. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

4. Construcción • El embobinado que recibe la corriente externa esta en el estator. • En el rotor circula una corriente que es producida por el voltaje inducido desde el estator. • El rotor consiste en una jaula compuestas de barras paralelas que estan cortocircuitadas por dos anillos (jaula de ardilla o squirrel-cage). Esta jaula esta empotrada en placas de hierro formando una masa de hierro dificil de distinguir. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

5. Esquemático del motor de Inducción • El motor de inducción o asincrónico que asemeja a un transformador trifásico. • Algunos de ellos tienen conexiones en el secundario (rotor) externas que sirven para controlar la corriente y el torque. Estas conexiones se hacen a través de anillos y escobillas. Estos motores se conocen como motores de rotor bobinado. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

6. Campo magnético giratorio • El principio de operación de un motor de inducción esta basado en el campo magnético giratorio. • Este campo es creado por los devanados trifásicos del estator. • La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (Campo) que gira en sentido de la manecilla del relog si los devanados de las fases A,B, y C fueron conectados correctamente a sus respectivas fases a, b y c. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

7. Velocidad del campo rotatorio • Este campo gira a la frecuencia de la onda sinusoidal • F=60Hz RPM=3600 • Si el bobinado del estator posee mas de un par de polo por fase la velocidad se reduce a • ns=120*f/Polos/fase rpm 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

8. Desarrollo de torque • El campo giratorio del estator induce un voltaje en el rotor. • Este voltaje produce una corriente dentro del rotor que reacciona dentro del motor con el campo del estator y produce un torque que lo hace girar. • El rotor gira en la misma dirección que el campo magnético tratándolo de alcanzar. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

9. 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. La diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo giratorio se conoce como slip 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. Slip y velocidad del rotor 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

10. En términos de s la velocidad del rotor se define por la siguiente ecuación El voltaje inducido en el rotor es función del voltaje máximo (rotor bloqueado EBR) y el slip. La frecuencia del rotor también es una función del slip Velocidad voltaje y frecuencia en el rotor 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

11. Ejemplo de Velocidad del rotor • Un motor trifásico 60Hz 4 polos 220V. El bobinado del rotor tiene 40% de espiras que el estator. Calcule para una velocidad de 1710 RPM. • a) slip, b)EBR, c)Er d) EBR lines e)fr 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

12. Circuito del rotor • La corriente en el rotor es dada por la ecuación. El termino Rr/s se puede descomponer en dos La primera parte es la resistencia del rotor y las segunda parte es la resistencia que representa la potencia mecánica desarrollada en el rot Que se expresa mejor como 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

13. Circuito del rotor (2) • Multiplicando ambos términos por el cuadrado de la corriente obtenemos La potencia desarrollada equivale a: El torque se puede obtener como La potencia de entrada RPI al rotor se divide en dos: Potencia que se pierde en la resistencia del rotor RCL y potencia que se transforma en energía mecánica RPD 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

14. Diagrama completo del motor • Si tomamos en cuenta la resistencia e inductancia del estator obtenemos una corriente del rotor igual a También existe una corriente adicional Im igual a 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

15. Ejemplo de potencia desarrollada • Un motor trifásico de 220V 60hz 10HP 6 polos tiene las siguientes características • Rs=0.344 Rr=0.147 xs=0.498 Xr=0.221 Xm=12.6 encuentre la corriente de línea y el power factor • El torque y potencia de salida y la eficiencia para un slip de 2.8% 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

16. Característica de motor de Inducción • Un motor de inducción tiene un torque de arranque menor que el máximo • Va incrementándose hasta un máximo y luego se reduce a cero a la velocidad sincrónica 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

17. Torque de arranque • El torque de arranque de un motor de inducción vienen dado por la ecuación 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

18. Ejemplo de torque de arranque • Calcule el torque de arranque del ejemplo anterior. Rs=0.344 Rr=0.147 xs=0.498 Xr=0.221 xm=12.6 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

19. Máximo torque • El máximo torque de un motor se obtiene a un valor de slip dado por la ecuación El valor del torque se obtiene con la potencia desarrollada y la velocidad del rotor. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

20. Ejemplo de máximo torque • Encuentre el máximo torque del motor del ejemplo anterior. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

21. Encuentre el torque de arranque y el máximo torque si le añadimos una resistencia externa al rotor de 0.264. Ejemplo de motor con rotor bobinado 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

22. Motor de rotor bobinado • Debido a que las características del motor de inducción depende de la resistencia es posible variar esta si embobinamos el motor y le hacemos una conexión externa a travéz de anillo. • Aumentando la resistencia del rotor a travéz de resistencia externa podemos conseguir; • Mayor torque de arranque • Menor corriente de arranque • Podemos cambiar la velocidad en un mayor rango. • Además podemos Mejorar la eficiencia si almacenamos esa energía disipada en las resistencias. 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz