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motores de induccion

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Capitulo 7MOTORES DE INDUCCIN

7.6 Variaciones en las caractersticas parvelocidad del motor de induccin.

Esta figura muestra dos caractersticas de un motor con rotor devanado, una con alta resistencia y otra con baja resistencia. Si los deslizamientos son altos, el motor deseado se debera comportar de acuerdo con la curva de un motor con rotor devanado de alta resistencia; si los deslizamientos son pequeos, se debera comportar de acuerdo con la curva de un motor con rotor devanado de baja resistencia.

Control de las caractersticas del motor mediante el diseo de jaula de ardilla figura 7-25.

En la figura 7-26 se muestra su caracterstica de parvelocidad.

Diseo de rotores de barra profunda y de doble jaulaCmo se puede producir una resistencia de rotor variable para combinar un par de arranque alto con una corriente de arranque baja del diseo clase D con el bajo deslizamiento en operacin normal y alta eficiencia del diseo clase A? Se puede producir una resistencia variable de rotor al utilizar barras profundas de rotor o rotores de doble jaula. En la figura 7-27 se ilustra este concepto bsico con un rotor de barra profunda. En la figura 7-27b se puede ver la corriente que fluye en la parte ms profunda de la barra. Aqu es mayor la inductancia de dispersin. Puesto que todas las partes de la barra del rotor estn en paralelo elctricamente, la barra representa esencialmente una serie de circuitos elctricos en paralelo, los superiores tienen una inductancia menor y los inferiores tienen una inductancia ms grande (figura 7-27c).

Clase de diseo de los motores de induccin.Se puede producir una gran variedad de curvas parvelocidad si se cambian las caractersticas del rotor de los motores de induccin. Para ayudar a la industria a seleccionar los motores apropiados para las diferentes aplicaciones en la gama completa de caballos de fuerza, la NEMA en Estados Unidos y la Intemational Electrotechnical Commission (IEC) en Europa han definido una serie de diseos estndar con diferentes curvas de par-velocidad. A estos diseos estndar se les llama clases de diseo y a un motor individual se le puede llamar motor de diseo clase X. stas son clases de diseo NEMA e lEC a las que se hizo referencia anteriormente. La figura 7-26 muestra las curvas par-velocidad tpicas para las cuatro clases estndar de diseo NEMA.

DISEO CLASE A. Los motores de diseo clase A son de diseo estndar, con un par de arranque normal, una corriente de arranque normal y bajo deslizamiento. El deslizamiento a plena carga de los motores de diseo A debe ser menor a 5% y debe ser menor a eso en los motores de diseo B con valores nominales equivalentes. El par mximo es 200 o 300% el par a plena carga y se presenta a un bajo deslizamiento (menos de 20%). El par de arranque de este diseo es por lo menos el par nominal en los motores grandes y es 200% o ms del par nominal de motores ms pequeos. El problema principal con esta clase de diseo es su extremadamente alta corriente de irrupcin en el arranque.

Los flujos de corriente en el arranque son por lo regular de 500 a 800% de la corriente nominal. En tamaos mayores a 7.5 hp, se debe utilizar alguna forma de arranque de voltaje reducido en estos motores para prevenir problemas de cada de voltaje en el arranque en el sistema de potencia al cual estn conectados. En el pasado, los motores de diseo clase A eran el diseo estndar para la mayora de las aplicaciones por debajo de 7.5 hp Y por arriba de 200 hp, pero en su mayora han sido reemplazados por motores de diseo clase B en los ltimos aos. Los motores de diseo clase A se utilizan por lo regular en ventiladores, sopladores, bombas, tornos y en otras mquinas herramientas.

DISEO CLASE B. Los motores de diseo clase B tienen un par de arranque normal, una corriente de arranque ms baja y un bajo deslizamiento. Este motor produce alrededor del mismo par de arranque que un motor clase A con 25% menos de corriente. El par mximo es mayor o igual a 200% de su par de carga nominal, pero menor al de diseo clase A por el incremento en la reactancia del rotor. El deslizamiento del rotor es an relativamente bajo (menor a 5%) a plena carga. Las aplicaciones que tiene son muy parecidas a las del diseo A, pero se prefiere el diseo B porque requiere menos corriente de arranque. Los motores diseo clase B han reemplazado ampliamente los motores de diseo clase A en las instalaciones nuevas.

DISEO CLASE C. Los motores de diseo clase C tienen un par de arranque alto con corrientes de arranque bajas y deslizamiento bajo (menos de 5%) a plena carga. El par mximo es un poco mayor al de los motores clase A, mientras que el par de arranque es hasta 250% del par a plena carga.Estos motores se construyen con rotores de doble jaula, por lo que son ms caros que los motores de las clases anteriores. Se utilizan para cargas con alto par de arranque, tales como bombas, compresores y bandas transportadoras.

DISEO CLASE D. Los motores de diseo clase D tienen un par de arranque muy alto (275% o ms del par nominal) y una baja corriente de arranque, pero tambin tienen un alto deslizamiento a plena carga. Bsicamente son motores de induccin clase A ordinarios, pero las barras del rotor son ms pequeas y estn hechas con un material que tiene una resistencia ms alta. La alta resistencia del rotor desplaza el par pico a una velocidad muy baja. Incluso es posible que el par ms alto se presente a velocidad cero (100% de deslizamiento). El deslizamiento a plena carga de estos motores es bastante alto por la alta resistencia del rotor.

Normalmente es de 7 a 11 %, pero puede llegar hasta 17% o ms Estos motores se utilizan en aplicaciones que requieren la aceleracin de cargas con inercias muy altas, en especial grandes volantes utilizados en troqueladoras o en cortadoras. En dichas aplicaciones estos motores aceleran un gran volante en forma gradual hasta alcanzar su plena velocidad, que luego se transmite a la troqueladora. Despus de la accin de troquelado, el motor vuelve a acelerar el volante por un tiempo bastante largo hasta la prxima operacin.

Ejemplo 7-6Un motor de induccin de 460 V, 30 hp, 60 Hz, con cuatro polos, conectado en Y, tiene, dos diseos de rotor posibles, un rotor de jaula de ardilla y un rotor de doble jaula. (El estator es idntico en ambos.) El motor con el rotor de jaula de ardilla sencilla se puede modelar con las siguientes impedancias en ohms por fase referidas al circuito del estator:

El motor con el rotor de doble jaula se puede considerar como una jaula exterior de fuerte acoplamiento y alta resistencia en paralelo y una jaula interior de bajo acoplamiento y baja resistencia (similar a la estructura de la figura 725c). El estator y la resistencia y reactancias de magnetizacin son idnticos a las del diseo de jaula de ardilla. La resistencia y la reactancia de la jaula exterior del rotor son:

Ntese que la resistencia es alta porque la barra exterior tiene una seccin transversal muy pequea, mientras que la reactancia es igual que la reactancia del rotor de jaula de ardilla puesto que la jaula exterior est muy cerca del estator y la reactancia de dispersin es pequea.La resistencia y la reactancia de la jaula interior del rotor son:

En este caso la resistencia es baja porque las barras tienen un rea transversal grande, pero la reactancia de dispersin es bastante alta. Calcule las caractersticas par-velocidad asociadas con los dos rotores distintos. Cmo se desempean uno en comparacin con el otro?

Solucin.La caracterstica par-velocidad del motor con rotor de jaula sencilla se puede calcular exactamente de la misma manera que en el ejemplo 7-5. La caracterstica par-velocidad del motor con rotor de doble jaula tambin se puede calcular de la misma forma, excepto que con cada deslizamiento la resistencia y reactancia del motor son la combinacin en paralelo de las impedancias de las jaulas interna y externa. A bajos deslizamientos, la reactancia del motor carecer relativamente de importancia, y la gran jaula interior desempear un papel ms importante en la operacin de la mquina. A altos deslizamientos, la alta reactancia de la jaula interior casi la remueve del circuito.

A continuacin se muestra un archivo M de MATLAB que calcula y hace la grfica de las dos caractersticas par-velocidad:

% Archivo M: torque_speed_2.m % Archivo M para calcular y hacer la grfica de la curva par% velocidad de un motor de induccin con rotor de jaula doble. % Primero, inicial izar los valores que requiere el programa. r1 = 0.641; % Resistencia del estator xl = 0.750; % Reactancia del estator r2 = 0.300; % Resistencia del rotor con jaula sencilla r2i = 0.400; % Resistencia de la jaula interna del rotor % con doble jaula r2o = 3.200; % Resistencia de la jaula externa del rotor % con doble jaula x2 = 0.500; % Reactancia del rotor de jaula sencilla x2i = 3.300; % Reactancia de la jaula interna del rotor % con doble jaula x2o = 0.500; % Reactancia de la jaula externa del rotor % con doble jaula

xm = 26.3; % Reactancia de la rama de magnetizacin v-phase = 460 / sqrt(3); % Voltaje de fase n_sync = 1800; % Velocidad sincrona (r/min) w_sync = 188.5; % Velocidad sincrona (rad/s) % Calcular el voltaje y la impedancia de Thevenin con las ecuaciones 7-41a y 7-43. v_th = v-phase * ( xrn / sqrt(r1A2 + (xl + xrn)A2) ); z_th = ((j*xrn) * (r1 + j*x1 / (r1 + j*(x1 + xm)); r_th = real(z_th); x_th = imag(z_th); % Ahora, calcular la velocidad del motor para varios % deslizamientos entre O y l. Ntese que el primer valor % de deslizamiento es 0.001 en lugar de O exactamente para % evitar la divisin entre cero. s = (0:1:50) / 50; % Deslizamiento s(l) = 0.001; % Evitar divisin entre cero nm ~ (1 - s.) * n_sync; % Velocidad mecnica % Calcular el par del rotor de jaula sencilla. for ii ~ 1:51

t_indl(ii) ~ (3. v_th^2 * r2 / s(ii) / ... (w_sync. (r_th + r2/s(ii^2 + (x_th + X2)^2) ); end % Calcular l

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