MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

CIRCUITOS ELÉCTRICOS y AUTOMATIZACIÓN

Ing. JORGE COSCO GRIMANEY

Motor de corriente alterna

CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

A.-Máquinas Eléctricas Estáticas Transformadores Convertidores e Inversores

B.-Máquinas Eléctricas Rotativas Generadores Eléctricos Motores Eléctricos De Corriente Continua De Corriente Alterna

CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

1.Potencia2.Tensión3.Corriente4.Factor de Potencia5.Frecuencia6.Rendimiento7.El Campo Magnético

1.POTENCIA

POTENCIA NOMINAL

Es la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen nominal (condiciones específicas de diseño: T°<75°C, duración de funcionamiento) una máquina eléctrica. A condiciones diferentes se llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.

POTENCIA NOMINAL = POTENCIA

A PLENA CARGA

POTENCIA NULA = TRABAJA EN

VACIO

LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS

SON LAS POTENCIAS NOMINALES

POTECIA NOMINAL DE

UN GENERADOR

POTECIA NOMINAL DE UN MOTOR

POTECIA NOMINAL DE UN TRANSFORMADO

R

Potencia Aparente en los

bornes del Secundario

Potencia Aparente en los

bornes del Secundario

Potencia Mecánica

disponible en el eje de Salida

2.-TENSIÓNEs la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en generadores y transformadores, y bornes de entrada en los motores.En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunos casos dependen de los órganos reguladores adicionales.

TENSIÓN NOMINAL (VN)Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o dimensionada).Es la que figura en la placa y para la cual valen las garantías del fabricante.

TENSIÓN DE SERVICIO (V servicio)

Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está en servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generador o recibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en el lugar donde se instalan.

Tensión de servicio máximo admisible 1,15 VN

3.-CORRIENTE NOMINAL Sistema Monofásico I = PN / (VN . cosθ)

Sistema Trifásico I = PN / (√3 x VN . cosθ)

Si la máquina se sobrecarga la corriente sobrepasa de un 10% a 15% su valor nominal.

La Corriente de Arranque llega a valores de 3 IN a 5 IN.

4.-FACTORDEPOTENCIA (Cos Φ)Es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, siempre que las tensiones y las corrientes sean sinusoidales.

Cos Φ = P / S

5.-FRECUENCIA

Es el numero de oscilaciones periódicas completas de la onda fundamental durante un segundo.En los generadores de corriente alterna la frecuencia esta dada por:

f = P. n / 60

P=Par de polos de la máquinan=revoluciones por minuto (RPM)

6.-RENDIMIENTO(η) Es la relación entre la potencia suministrada y la

potencia absorbida por la máquina.

De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:

► Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

Motor Asíncrono o de Inducción:Motor Asíncrono o de Inducción:

Motor de Inducción

El más común de los motores

de corriente alterna es el

Motor de Inducción, donde

la corriente eléctrica es

inducida en el rotor.

La velocidad de giro del rotor

es menor que la velocidad

del campo magnético

giratorio

Los bobinados que producen el campo magnético se llaman tradicionalmente

los "bobinados de campo" mientras que el rotor que gira se llaman la

"armadura". En un motor de C.A. trifásico el campo magnético gira con una

velocidad que depende del numero de polos y de la frecuencia.

MOTOR ASÍNCRONOMOTOR ASÍNCRONO

INDUCCIÓN.FUNDAMENTOINDUCCIÓN.FUNDAMENTOSe basa en la concepción de campos

giratorios ( Arago 1822,Ferraris

1885,Tesla 1886).

Si sobre un mismo eje se colocan un

disco de metal y un imán en forma de

herradura; al girar éste, el campo

magnético corta el disco e induce

corrientes en él. Al estar estas corrientes

en el seno de un campo magnético

también se mueven, de tal forma que se

desarrolla una fuerza entre corrientes y

el campo. Es tal que hace que el disco

siga al imán en su rotación.

El disco gira en el mismo sentido que el

campo del imán, pero a menor

velocidad, de tal forma que nunca puede

alcanzar la velocidad del iman. Si llega a

alcanzarla se para

Motor de Inducción

3 devanados en el estator desfasados 2/(3P) siendo P nº pares de polos

El Nº de fases del rotor no tiene porqué ser el mismo que el del estator, sí será igual el número de polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje

Los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, no habiendo conexión con el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora el arranque y disminuye el ruido

Partes del motor Asíncrono o de Inducción:Partes del motor Asíncrono o de Inducción:

los motores asíncronos se clasifican de acuerdo a la forma de construcción del rotor.

Las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un transformador) y el rotor es obligado a girar.

Este es el rotor que hace que el generador asíncrono sea diferente del generador síncrono. El rotor consta de un cierto número de barras de cobre o de aluminio, conectadas eléctricamente por anillos de aluminio finales

Rotor de jaula de ardilla

a

b

ci

i

i

Stator coil

Rotor coils

Rotor bobinadoEl motor de jaula de ardilla tiene el inconveniente de que la resistencia del conjunto es invariable, no son adecuados cuando se debe regular la velocidad durante la marcha

Motor Asíncrono o de Inducción:Motor Asíncrono o de Inducción:

Motor de Inducción

Motor de Inducción

Motor de Inducción

Motor de Inducción

Motor de Inducción

CAMPO MAGNETICO GIRATORIO

Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo

magnético en el rotor alimentado con corriente continua como en los

casos del motor de corriente directa o del motor síncrono. Solo Solo

necesita una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica) para necesita una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica) para

alimentar al estator.alimentar al estator.

Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo

magnético en el rotor alimentado con corriente continua como en los

casos del motor de corriente directa o del motor síncrono. Solo Solo

necesita una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica) para necesita una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica) para

alimentar al estator.alimentar al estator.

El estator está constituido por

un núcleo 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.

Cuando las corrientes trifásicas son aplicadas a los bobinados del estator, el campo magnético gira a una velocidad constante

CAMPO MAGNETICO GIRATORIO.CAMPO MAGNETICO GIRATORIO.Si consideramos : A y A´, B y B´, C y C´ devanados concentrados por fase.

×

●

●

×

A

A´

B

B´

C

C´

Fig1. 0°

×A

●A´

BC

C´B´

●

×

●

×

Fig 2. 90°

N

SN

S

NS

A

A´

×

●

●

×

B

B´

C

C´

Fig 3. 180°

CAMPO MAGNETICO GIRATORIO.

3 3

TORQUE INDUCIDO EN EL ROTOR

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO

Campo magnético giratorio en el estator Ns=f x2 Π P

El campo magnético induce f.e.m en el rotor

Circulan corrientes por el rotor

Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator

Par en el rotor: el rotor gira

El rotor gira a una velocidad Nr inferior a la velocidad de sincronismo Ns pues en caso contrario no se induciría f.e.m. en el rotor y por lo tanto no habría par motor

Corriente inducida en el rotorCorriente inducida en el rotor

El flujo magnético distribuido sinusoidalmente, generada por las corrientes del estator, realizan un barrido en las barras conductores del rotor y generan una tensión inducida en ellos.

El resultado es un conjunto de corrientes distribuidas sinusoidalmente en las barras cortocircuitadas del rotor.

Si miramos las barras del rotor desde arriba tenemos un campo magnético moviéndose respecto al rotor. Esto induce una corriente muy elevada en las barras del rotor, que apenas ofrecen resistencia, pues están cortocircuitadas por los anillos finales.El rotor desarrolla entonces sus propios polos magnéticos, que se ven, por turnos, arrastrados por el campo magnético giratorio del estator.

Corrientes y fuerzas inducidas en la jaula

Eje de giro

B

I

F

El campo magnético giratorio origina un flujo que induce corrientes en el rotor que interactúan con el campo magnético del estator. En cada conductor se produce una fuerza F=ilB que da lugar al par del motor.

¿Cual es la velocidad del

motor?

Torque

ns

1

0

ns

smax

TstTmax

s

s

s

s

ss n

nn

n

ns

Deslizamiento: diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad de giro

60

n2

n es rev/minuto y es in radianes/segundo

Velocidad mecánica

min/revp

f120

pp

f60ns

La velocidad del motor para máxima carga es

min/)1(120)1( revsp

fsnn s

¿Cual es la velocidad del

motor?

El rotor intenta seguir en su movimiento al campo magnético B girando a

velocidad w. La velocidad de giro w solo es igual aproximadamente ws

cuando el motor está en vacío, es decir, sin carga en el eje (no realiza

par). A medida que cargamos el motor, o sea, a medida que le exigimos

más par en el eje, el motor disminuirá su velocidad girando entonces a una velocidad angular w < ws.

Por otra parte la velocidad angular ws depende de la frecuencia de la red

que alimenta al motor y de la forma en que está bobinado el estator.

Según como se realiza el mismo tendremos motores de 1par de polos, de

2, de 3, etc. Tenemos que:

CIRCUITO EQUIVALENTE del MOTOR JAULA DE ARDILLA

Circuito Equivalente por Fase

Circuito Equivalente por Fase

Circuito Equivalente por Fase

FLUJO DE POTENCIA

CURVA PAR - VELOCIDAD

Determinación de parametros de un motor de inducción

Determinación de parametros de un motor de inducción

Determinación de parametros de un motor de inducción

INSTALACION DE LOS MOTORES JAULA DE

ARDILLA

Arranque estrella-triánguloCircuito de mando

No se olviden que el lunes 17 hay exposición de todos los grupos

sobre instalación de motores