Capitulo 8 Motores de Induccion

  • View
    6.005

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Capitulo 8 Motores de Induccion

MOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 160 8Motor trifsico de induccin 8.1 Campo magntico rotante Mquina de dos polos magnticos Si tomamos un conjunto de chapas magnticas que tienen la forma mostrada en la figura 8.01 en la cual se ha realizado una serie de ranuras (seis en este dibujo), y las mismas se apilan conunelementoaislanteentreellas,formandouncilindrocuyoejeesperpendicularalplanodel dibujo, obtenemos lo que se llama el estator de una mquina elctrica rotante. Figura 8.01 Estator de una mquina rotante Tomemosahoraunparderanurasopuestasdiametralmentecomoserlasuperioryla inferior,y en ellas coloquemos una bobina que llamaremos u1 u2, de N espiras (En el dibujo seesquematizaunsoloconductoralosefectosdesimplificarelmismo).Lamismatieneuneje magnticoperpendicularalplanodelamismayqueenestecasosudireccineshorizontal,tal como se muestra en la figura 8.02. Siahoraefectuamoselmismoprocedimientoconlabobinav1v2,vemosquesueje magntico forma un ngulo de 120 geomtricos con respecto a la anterior, lo cual repetimos con latercerabobinaw1w2.Resumiendohemoscolocadotresbobinasidnticasconsueje magntico desplazado en 120 geomtricos, siendo el comienzo de las bobinas las indicadas con el subndice 1. Siguiendo con el proceso, unamos las tres bobinas en un punto comn (u2 = v2 = w2), con loquelasmismasquedanconectadasendisposicinestrella,talcomosemuestraenlafigura 8.02. Sialimentamoslastresbobinasmedianteunsistematrifsicodetensiones,porlas mismas circularn corrientes de igual mdulo pero desfasadas elctricamente en 120, tal como se muestraenlafigura8.03.Lascorrientesquecirculandanorigenafuerzasmagnetomotricesen cada una de las bobinas, cuya magnitud depende del nmero de espiras y del valor de la corriente instantnea. A los efectos de los anlisis fsico, tomaremos para el estudio dosinstantes, como ser las corrientes para un ngulo elctrico de 90 y 150. Forma de la chapa magntica Conductor formando espira Ranura Chapas magnticas apiladas Eje MOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 161 Laconvencindesignosaadoptaresquelascorrientessonpositivassielbornede entrada es u1, v1 o w1 (negativas si son salientes), tal como se muestra en la figura 8.04. En el esquema de la mquina las corrientes entrantes se esquematizan con una cruz (+) y las salientes con un punto( ) Figura 8.02 Detalle del estator y bobinas de una mquina rotante Figura 8.03 Valores instantneos de las corrientes en los bobinados iT iS iR t = 90 iR = Imax iS = - 0,5 Imax iT = - 0,5 Imax t = 150 iR = 0,5 Imax iS = 0,5 Imax iT = - Imax i t Imax u1 w2 v1 Esquema de la chapa magntica u2 u1 Bobina u1 u2 w1 v2 u2 Unin para formar el centro de estrella Conductor que conforman uno de los lados de la bobinaMOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 162 Figura 8.04 Convencin de los signos de las corrientes en una mquina dedos polos magnticos Luego para el instante en el cual el ngulo elctrico es 90, la corriente iR es positiva (entra poru1)ylasotrasdossonnegativas(salenporv1yw1),locualseobservaenlasfiguras8.05y 8.06. Lascorrientesenlasbobinasoriginanfuerzasmagnetomotricescuyasmagnitudesy sentidos son los indicados en el esquema de la figura 8.06., en la cual se ha dibujado la resultante delasmismas.Vemosqueseobtieneuncampomagnticodedospolos.Enlafigura11.05se handibujadolaslneasdecampomagnticoqueabrazancorrientesdeigualsentido,yquede acuerdo a lo indicado el esquema corresponde a un sistema de dos polos magnticos. Siefectuamoselmismoanlisis,peroparaelinstantede150,lossentidosdelas corrientes y las fuerzas magnetomotrices resultantes se encuentran dibujados en las figuras 8.07.y 8.08. Delaobservacindelosdostiemposestudiados,llegamosalaconclusinquelafuerza magnetomotrizresultantesemantieneconstanteyquelamismahagiradounngulo geomtrico de 60 ante un avance de la corriente de 60 elctricos. |Delamismamanerasepuederealizarelestudioparaotrosngulos,llegandoaqueel campomagnticoresultanteobtenido,alimentandounconjuntodebobinascuyoejemagntico est desplazado 120 geomtricos, por medio de un conjunto de corrientes desfasadas 120 en el tiempo,esdemduloconstantequegiraarazndeunavueltaporcadacicloquecumplenlas corrientes. Figura 8.05 Detalle del estator y bobinas de una mquina rotante con dos polos magnticosy con el sentido de las corrientes para t = 90 u1 IR IS IT v1 w1 u2 = v2 = w2 Corrientes entrantes positivas u1 Lneas de campo magntico Esquema de la chapa magntica t = 90 iR = Imax iS = - 0,5 Imax iT = - 0,5 Imax NNSS w1 v2 u2 Unin para formar el centro de estrella v1 w2 Conductor que conformauno de los lados de la bobinaMOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 163 Figura 8.06 Disposicin de las bobinas estatricas y fuerzas magnetomotrices que originanpara un ngulo elctrico de 90 Figura 8.07 Detalle del estator y bobinas de una mquina rotante con dos polos magnticosy con el sentido de las corrientes para t = 150 Fmm originada en la bobina u1 - u2 N Imax Fmm originada en la bobina w1 - w2 1/2 N Imax Fmm originada en la bobina v1 - v2 1/2 N Imax Fmm resultante 3/2 N Imax Diagrama de las fuerzas magnetomotrices originadas por las corrientes en las bobinas 60 60 v1 u1 w2 u2 v2 w1 Sentido de la corrienteSentido de la corrienteSentido de la corrienteEsquema de conexionado de las bobinas del estator u1 w2 v1 w1 v2 u2 Lneas de campo magntico Unin para formar el centro de estrella Esquema de la chapa magntica Conductor que conformauno de los lados de la bobinat = 150 iR = 0,5 Imax iS = 0,5 Imax iT =- Imax N N S S MOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 164 Figura 8.08 Disposicin de las bobinas estatricas y fuerzas magnetomotrices que originan para un ngulo elctrico de 150 Mquina de 4 polos magnticos Tomamos un estator similar al anterior, pero con un nmero doble de ranuras, de forma tal quecadafaseesteconformadapormediodedosbobinasenserie,lascualestienensueje magntico en la misma direccin y ocupan dos ranuras cada una, tal como se muestra en la figura 8.10.yesquemticamenteenla8.09.Sialimentamosconunsistematrifsicocomoenelcaso anterior,yanalizamoslosmismosinstantesdetiempo,llegamosaqueseobtienetambinun campo magntico rotante, pero conformado por cuatro polos, y la velocidad del mismo es la mitad que en el caso anterior, o sea que por cada ciclo que cumplen las corrientes el campo gira media vuelta. Esto se puede observar en las figuras 8.10, 8.11, 8.12 y 8.13. Lavelocidaddelcamporotantesedenominavelocidadsincrnica,ysuvaloren revoluciones por minuto est dada por la siguiente expresin: En la cual:nS : velocidad sincrnica [r.p.m.] f : frecuencia de las corrientes estatricas [Hz] p : pares de polos magnticos Figura 8.09 Convencin de los signos de las corrientes mquina de cuatro polos pf 60nS=Fmm originada en la bobina w1 - w2 N Imax Fmm originada en la bobina v1 - v2 1/2 N Imax Fmm originada en la bobina u1 - u2 1/2 N Imax Fmm resultante 3/2 N Imax Diagrama de las fuerzas magnetomotrices originadas por las corrientes en las bobinas 60 60 u1 w2 u2 v2 w1 Sentido de la corrienteSentido de la corrienteSentido de la corrienteEsquema de conexionado de las bobinas del estator u3 v3 w3 u2 = v2 = w2 u1 v1 w1 IR IS IT Corrientes entrantes positivas MOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 165 Figura 8.10 Detalle del estator y bobinas de una mquina rotante con cuatro polos magnticosy con el sentido de las corrientes para t = 90 Figura 8.11 Disposicin de las bobinas estatricas y fuerzas magnetomotrices que originan para un ngulo elctrico de 90 w2 v2 u3 w3 v3 u2 S SN N u1 v1 w1 v3 w3 u3 Lneas de campo magntico Unin para formar el centro de estrella Esquema de la chapa magntica Conductor que conformauno de los lados de la bobinat= 90 iR =Imax iS = - 0,5 Imax iT = - 0,5 Imax u1 u3 v1 v3 w1 w3 u2 v3 w2 w3 u3 v2 Sentido de la corriente Sentido de la corriente Sentido de la corriente Campos magnticos resultantes originados por las bobinas MOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 166 Figura 8.12 Detalle del estator y bobinas de una mquina rotante con cuatro polos magnticosy con el sentido de las corrientes para t = 150 Figura 8.13 Disposicin de las bobinas estatricas y fuerzas magnetomotrices que originanpara un ngulo elctrico de 150 w2 v2 u3 w3 v3 u2 u1 v1 w1 v3 w3 u3 Lneas de campo magntico Unin para formar el centro de estrella Esquema de la chapa magntica Conductor que conformauno de los lados de la bobinat= 150 iR = 0,5 Imax iS = 0,5 Imax iT = - Imax S S N N u1 u3 v1 v3 w1 w3 u2 v3 w2 w3 u3 v2 Sentido de la corriente Sentido de la corriente Sentido de la corriente Campos magnticos resultantes originados por las bobinas MOTORES DE INDUCCIN Ing. Julio lvarez 12/09 167 8.2 Principio de funcionamiento del motor trifsico de induccin Losmotoresdeinduccinasincrnicos,sonlosmsutilizadosdebidoasurobustez, sencillez constructiva y poco mantenimiento. Lautilizacindelosmismos,esaptaparaaquellosrequerimientosenloscualesnose debamantenerunavelocidadconstante,yaqueestetipodemotores,disminuyeligeramentesu velocidad con el aumento de la carga en su eje. El estator de unmotor trifsico de induccin est formado por un conjunto de tres bobinas, lascualessonalimentadasporunsistematrifsicodecorrientes,locualdaorigenauncampo magntico giratorio de mdulo constante, segn se ha estudiado anteriormente. Este campo magntico gira a la velocidad que llamamos de sincronismo. Coloquemosdentrodelestatorunaespira,montadasobreuneje,cuyonicomovimiento permitidoeselderotacintalcomosemuestraenlafigura8.14.Enestasituacin,enlacual tenemosuncampomagnticodemdulofijogirandoalrededordelaespiramencionada,est concatenarunflujomagnticoquevaraconeltiempo,locualdarorigenaunafuerza electromotriz inducida (Ley Faraday).

Figura 8.14 Fuerza electromotriz inducida en una espira El sentido de la fuerzaelectromotriz inducida