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Motores de Induccion

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maquinas electricas

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MOTORES DE INDUCCION1. IntroduccinUna mquina que solo tiene embobinados amortiguadores se denomina mquina de induccin. Tales maquinas se llaman as porque el voltaje del rotor (que produce tanto la corriente Como el campo magntico del rotor) es inducido en el embobinado del rotor, en lugar de Conectarse fsicamente par medio de conductores. La caracterstica que distingue un motor de induccin es que no se necesita corriente de campo de cc para poner a funcionar la mquina. Aunque es posible usar una mquina de induccin bien como motor, bien como generador, tiene muchas desventajas como generador y por ello se usan raramente como tales. Por esta razn, generalmente se hace referencia a las mquinas de induccin como motores de induccin.

2. CONSTRUCCION DEL MOTOR DE INDUCCION:Un motor de induccin tiene fsicamente el mismo estator que una maquina sincrnica, con diferente construccin de rotor. En la figura (2.1) puede verse un estator tpico de dos polos. Parece ser lo mismo (y es) que el estator de una maquina sincrnica. Hay dos tipos diferentes de rotores de motor de induccin, que se pueden colocar dentro del estator. A uno se le llama rotor de jaula de ardilla simplemente rotor de jaula, mientras que el otro se llama rotor devanado.

FIGURA (2.1). El estator de un motor de induccin tpico que muestra el embobinado del estator.

Las figuras (2.2) y (2.3) muestran rotores de motor de induccin de jaula de ardilla. Un rotor de este tipo, consiste en una serie de barras conductoras, colocadas en ranuras talladas en la cara del rotor y con sus extremos puestos en corto, por medio de anillos de cortocircuito. Este diseo hace referencia a un rotor de jaula de ardilla.FIGURA (2.2)FIGURA (2.3) Dibujo de un rotor de jaula de ardilla. Corte de un motor de induccin Pequeo, de jaula de ardilla.El otro tipo de rotor es el denominado rotor devanado. EI 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. Los embobinados del rotor estn colocados en cortocircuito por medio de escobillas montadas sobre los anillos de rozamiento. Los rotores devanados de los motores de induccin, tienen, por lo tanto, sus corrientes del rotor con acceso por las escobillas del estator, donde pueden examinarse y donde se puede insertar una resistencia extra en el circuito del rotor. Es posible aprovechar estos rasgos especiales, para modificar la caracterstica momento de torsin- velocidad, del motor. Dos rotores devanados se pueden ver en la figura (2.4) y un motor de induccin completo de rotor devanado, en la (2.5).

FIGURA (2.4)FIGURA (2.5)Rotores devanados tpicos, para motores de Corte de un motor de induccin deInduccin.Rotor devanado.

3. Produccin del campo magntico rotatorio.Debido a que el sistema elctrico industrial utiliza fuentes trifsicas de energa, la mquina de induccin se construye normalmente con tres devanados, distribuidos y desfasados espacialmente 120. En cada una de las tres bobinas desfasadas espacialmente, se inyectan corrientes alternas senoidales desfasadas en el tiempo 120 unas de otras. Cada bobina produce un campo magntico esttico en el espacio. La amplitud de este campo se encuentra en la direccin del eje magntico de la bobina y vara senoidalmente en el tiempo. La combinacin de los campos pulsantes producidos por las tres corrientes desfasadas temporalmente, circulando por las tres bobinas desfasadas espacialmente, se traduce en un campo magntico distribuido senoidalmente en el espacio, que rota a la velocidad de variacin de las corrientes en el tiempo (figura 3.1).

Figura 3.1. Distribucin senoidal del campo magntico rotatorio

Puesto que el periodo o intervalo de tiempo de la variacin senoidal de la corriente es el mismo en los conductores, la velocidad del campo magntico rotatorio , vara directamente con la frecuencia, pero inversamente con el nmero de polos :

...(1)

Ya que el nmero de polos slo depende de no sea el devanado que se emplee, laVelocidad es en realidad una funcin de la frecuencia.

Desarrollo del par inducido.Cuando se aplican al estator un conjunto trifsico de voltajes, se generan un conjunto de corrientes trifsicas que producen un campo magntico que rota en direccin contraria a las manecillas del reloj. ste induce voltaje en las barras del rotor, y este voltaje est dado por la ecuacin: (2)

En donde es la velocidad de la barra, relativa al campo magntico; es el vector deDensidad de flujo magntico; y , la longitud del conductor en el campo magntico.El movimiento relativo del rotor con respecto al campo magntico del estator ()Induce voltaje en una barra del rotor. El flujo magntico del rotor produce un campoMagntico del rotor . El par en la mquina, , est dado por:

(3)Y la direccin es en sentido contrario a las manecillas del reloj, por lo tanto el rotor se acelera en esa direccin. En operacin normal, los campos magnticos del estator y del rotor giran a la velocidad sincrnica, mientras que el rotor gira a una velocidad menor.

4. Deslizamiento de la mquina de induccin.El deslizamiento de una mquina de induccin, se define como la velocidad relativaentre el campo magntico producido por las corrientes inyectadas en el estator y laVelocidad mecnica del rotor, por unidad de la velocidad del campo:

(4)Siendo el porcentaje de deslizamiento para fines de clculo. es la velocidad sncrona en rpm del campo magntico rotatorio producida por el estator; y es laVelocidad del rotor en rpm.En general, a la velocidad del campo se le denomina velocidad sncrona de la mquina, y el deslizamiento indica qu tan cerca se encuentra la mquina de esta velocidad. Si el rotor de la mquina gira a una velocidad mayor que la sncrona, el deslizamiento se hace negativo. Cuando se conocen todos los parmetros del modelo de una mquina de induccin y la fuente de alimentacin, el deslizamiento determina el punto de operacin. Por esta razn se utiliza esta variable para definir el estado de la mquina.

5. Circuito equivalente de la mquina de induccin.El circuito equivalente de un motor de induccin es muy similar al de un transformador, debido a la accin de transformacin que ocurre al inducirse corrientes en el rotor, desde el estator.

6. El modelo transformador de un motor de induccin.En la figura 6.1 se muestra un circuito equivalente transformador, por fase, de un motor de induccin. La resistencia del estator es y la reactancia de dispersin es . es el voltaje primario del estator, acoplado al secundario mediante un transformador ideal con relacin de vueltas . El voltaje producido en el rotor ocasiona un flujo de corriente en el rotor es el componente de prdidas en el ncleo y se refiere a laReactancia de magnetizacin, y son las impedancias del rotor. Asimismo, Constituye la corriente de lnea, la corriente de magnetizacin. es el flujo de corriente en el rotor e es la corriente rotrica.

Figura 6.1. Modelo transformador de un motor de induccin con el rotor y el estator conectados porun transformador ideal de relacin de vueltas .

7. Circuito modelo del rotor.Cuanto mayor sea el movimiento relativo entre los campos magnticos del rotor y del estator, mayor ser el voltaje resultante en el rotor y la frecuencia del rotor. El mayormovimiento relativo ocurre cuando el rotor se encuentra estacionario, condicin llamada de rotor detenido o de rotor bloqueado, de modo que en esta condicin se inducen elmximo voltaje y la mxima frecuencia del rotor. El mnimo voltaje (0 V) y la mnima frecuencia (0 Hz) ocurren cuando el motor se mueve con la misma velocidad que el campomagntico del estator, caso en que no hay movimiento relativo.El voltaje y la frecuencia del rotor son directamente proporcionales al deslizamiento del rotor, por lo que el voltaje y la frecuencia inducidos para cualquier deslizamiento son: (5) (6)En donde es el voltaje a rotor bloqueado, es el deslizamiento y es la frecuencia de lnea.

La reactancia del rotor no es constante como lo es la resistencia ; por lo que depende de la inductancia , de la frecuencia y de la corriente del rotor:...(7)

Sustituyendo en la ecuacin (6) en (7):

(8)

En donde es la reactancia a rotor bloqueado.

Figura 7.1. Circuito modelo del rotor.

Finalmente obtenemos el circuito equivalente del rotor en la figura 7.1. El flujo de corriente en el rotor se calcula como: (9)

(10)

(11) De esta ltima ecuacin, es posible calcular la impedancia equivalente del rotor; desde el punto de vista de que se encuentra alimentada por la fuente de voltaje : (12)

Para obtener el circuito equivalente del rotor en el que el voltaje es constante y laImpedancia del rotor contiene todos los efectos de la variacin del deslizamiento (figura7.2).

Figura 7.2. Circuito modelo del rotor con todos los efectos de la frecuencia (deslizamiento) concentrados en la resistencia .

8. Circuito equivalente final.Para obtener el circuito equivalente por fase, es necesario referir en el estator, el modelo del rotor. Si la relacin de vueltas de un motor de induccin es , el voltaje transformado es:...(13)Y la corriente e impedancia rotricas son:

(14)

(15)

y si se definen: (16)

(17)

Obtenemos finalmente el circuito equivalente por fase de la figura 8.1.

Figura 1.5. Circuito equivalente por fase en un motor de induccin.

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