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MOTORES DE INDUCCION

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MOTORES ASNCRONOS O DE INDUCCIN

GENERALIDADESLas mquinas asncronas o de induccin tienen un circuito magntico sin polos salientes estando ranurados tanto el estator como el rotor, los cules van a estar sometidos a la accin de campos magnticos giratorios que darn lugar a prdidas magnticas. En consecuencia, ambos rganos de la mquina se fabrican a base de apilar chapas delgadas de acero al silicio para reducir estas prdidas.

La diferencia del motor asncrono con el resto de los motores elctricos radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor).

El motor de induccin debe su nombre al hecho de que el campo magntico giratorio del estator induce corrientes alternas en el circuito del rotor(como en un Transformador Elctrico).

La denominacin de motores asncronos obedece a que la velocidad de giro del motor no es la de sincronismo, impuesta por la frecuencia de la red.

Fig. 1: Mquina asncrona

CONSTRUCCIN DEL MOTOR DE INDUCCIN ESTATORUn motor de induccin tiene fsicamente el mismo estator que una mquina sncrona, con diferente construccin del rotor.

Fig. 2: Estator y carcasa

ROTOREl rotor de un motor de induccin consta de un cilindro laminado con ranuras en su superficie. Los devanados que estn en estas ranuras son de dos tipos: El ms comn es el devanado en jaula de ardilla, el cul se construye en barras de cobre gruesas colocadas en ranuras talladas en la cara del rotor y con sus extremos puestos en corto por medio de anillos metlico de cobre o latn. El otro tipo de devanado contiene bobinas colocadas en las ranuras del rotor. Entonces el rotor se llama rotor devanado. El rotor devanado tiene un juego completo de embobinados trifsicos que son la imagen reflejada de los embobinados del estator. Las tres fases de los embobinados del rotor, estn conectados generalmente en Y y los extremos de los tres conductores del rotor estn conectados a los anillos de rozamiento sobre el eje del rotor

Fig. 3: Rotores de un motor asncrono

Devanado en jaula de ardilla Los conductores de este rotor estn igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores estn cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexin del devanado del rotor con el exterior. El nmero de fases de este devanado depende de su nmero de barras.

Fig. 4: Distribucin de las barras en el rotor

Es evidente que si introducimos la jaula en un medio que genere campos magnticos variables, sta proporcionar caminos muy asequibles a la corriente.

Jaula real. En sta, las varillas estn inclinadas en el sentido de giro.

Fig. 3: Eje (0), Cojinete (1), rotor de jaula de ardilla (2), tapa lateral de la carcasa (3) y ventilador (4)

Muchas veces los anillos del rotor de Jaula de ardilla poseen unas aletas que facilitan la evacuacin del calor que se genera en la jaula durante el funcionamiento de la mquina.

Fig. 4: Aletas en un rotor de jaula de ardilla

Rotor devanado. Este tiene un devanado trifsico cuyas fases se conectan al exterior a travs de un colector de tres anillos y sus correspondientes escobillas.

En funcionamiento normal estos tres anillos estn cortocircuitados (unidos entre s).

Fig. 6: a) Colector de 3 anillos; b) Escobilla; c) Anillo con escobilla

Fig. 5: Rotor bobinado o con anillos

OTROS ELEMENTOS DE LA CARCASALa carcasa es la envoltura de la mquina y tiene dos tapas laterales donde se colocan los cojinetes en los que se apoya el rbol. Esta carcasa suele disponer de aletas para mejorar la refrigeracin de la mquina .

Sujeta a la carcasa est la placa de caractersticas donde se indican las magnitudes ms importantes de la mquina.

En la carcasa se encuentra tambin la caja de bornes a donde van a parar los extremos de los bobinados. En una mquina asncrona trifsica de jaula de ardilla la caja de bornes tiene seis terminales, correspondientes a los extremos de las tres fases del estator (dos extremos, principio y final, por cada fase), formando dos hileras de tres. De esta forma resulta fcil el conectar el devanado del estator en estrella (Fig. 8a) o en tringulo (Figs. 2 y 8b).

Esta facilidad para conectar en estrella o en tringulo el devanado del estator permite que una mquina asncrona pueda funcionar con dos tensiones asignadas de lnea distintas, que guardan entre s una relacin 3 .

As, por ejemplo, un motor de 400/231 V tiene una tensin asignada de fase de 231 V. Por esta razn, cuando se quiera utilizar en una red cuya tensin de lnea sea 231 V se emplear la conexin tringulo, porque en ella las tensiones de fase y de lnea son iguales. Si se quiere utilizar esta mquina en una red cuya tensin de lnea sea 400 V deber emplearse la conexin estrella, porque en ella la tensin de fase es igual a la tensin fase-neutro, la3 cual es menor que la tensin de lnea.

CONCEPTOS BSICOS SOBRE EL MOTOR DE INDUCCINEl principio de funcionamiento del motor de induccin es bsicamente el mismo de los embobinados amortiguadores en los motores sncronos. Cuando se aplica la CA a los devanados del estator se genera un campo magntico giratorio. En este campo magntico giratorio cruzan las barras cortocircuitadas del rotor e induce una corriente en ellas, sta corriente inducida generar un campo magntico alrededor de los conductores del rotor, el cual tratar de alinearse con el campo del estator. Sin embargo como el campo del estator est girando en forma continua, el rotor siempre debe seguirlo.

En la siguiente animacin podemos observar como el campo magntico giratorio del estator, creado por el sistema de corrientes trifsicas R S T, y que gira a la velocidad NS corta los conductores del rotor, que gira a una velocidad NR < NS (NS flecha rosa, NR punto verde)

Desarrollo del momento de torsin inducido en un motor de induccinLa figura 10-6 muestra un motor de induccin de jaula de ardilla. Un sistema de voltajes trifsicos se ha aplicado al estator y un conjunto de corrientes trifsicas del estator circula en sus embobinados. Estas corrientes producen un campo magntico Bs, el cual est girando en sentido contrario al de las manecillas del reloj.

Figura 10.6

La velocidad de rotacin del campo magntico se expresa por

El voltaje inducido en una barra de rotor dada se obtiene por medio de la ecuacin:

El concepto de deslizamiento del rotorLa velocidad de deslizamiento del motor se define por:

Un motor de induccin normal trabaja siempre a una velocidad un poco inferior a su velocidad de sincronismo, esa diferencia de porcentaje es lo que se conoce como deslizamiento y es una caracterstica fundamental de los motores de induccin ya que sin esto no habra movimiento. El deslizamiento se expresa por porcentaje (%s) y est definido por:

Obsrvese que si el rotor gira a velocidad sncrona, s=0, mientras que si el rotor est fijo, s=1. Todas las velocidades normales del motor, estn en algn lugar entre estos dos lmites. Es posible expresar la velocidad mecnica del eje del rotor, en trminos de la velocidad sncrona y de deslizamiento.

Frecuencia elctrica en el rotorUn motor de induccin trabaja induciendo voltajes y corrientes en el rotor de la mquina y por esta razn algunas veces se ha llamado transformador giratorio. A la manera de un transformador, el primario (estator) induce un voltaje en el secundario (rotor) pero a diferencia del transformador, la frecuencia secundaria no es necesariamente la misma que la frecuencia primaria. Si el rotor de un motor est bloqueado, de tal manera que no se puede mover, entonces ste y el estator tendrn la misma frecuencia. En cambio si el rotor gira a velocidad sncrona, la frecuencia del rotor ser cero.

La frecuencia del rotor puede expresarse como:

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE INDUCCIN Modelo de un motor de induccin como transformador

.

Modelo del circuito del rotor

Circuito equivalente definitivo

POTENCIA Y MOMENTO DE TORSIN EN LOS MOTORES DE INDUCCIN Perdidas y diagrama de flujo de potenciaUn motor de induccin puede describirse, bsicamente como un transformador giratorio.

Potencia y momento de torsin en un motor de induccinLa corriente de entrada a una fase del motor puede hallarse dividiendo el voltaje de entrada por la impedancia equivalente total:

Por tanto, las prdidas en el cobre del estator, las prdidas del ncleo y las prdidas en el cobre del rotor pueden calcularse. Las prdidas en el cobre del estator se obtienen por:

Las prdidas en el ncleo se obtienen por:

De donde la potencia del entrehierro puede encontrarse por medio de

o

Separacin de las prdidas en el cobre del rotor y de la potencia transformada en el circuito equivalente de un motor de induccin

Solucin:

Caractersticas de lo motores de induccin: *Trabaja con corriente alterna tanto en el estator como en el rotor. *Su mayor aplicacin es como motor en el cual se le aplica la corriente alterna directamente al estator y por efecto de induccin, se produce corriente en el rotor. *Su utilizacin como generador es muy restringida debido a que su funcionamiento es muy ineficiente. *Puede estudiarse como un transformador en el cual el secundario es mvil (rotor) y se transforma potencia elctrica a mecnica. *Se puede utilizar como convertidor de frecuencia y como decalador de fase.

La gran utilizacin de los motores asncronos se debe a las siguientes causas: construccin simple, bajo peso, mnimo volumen, bajo costo y mantenimiento inferior al de cualquier otro tipo de motor elctrico.

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