MAQUINAS ELECTRICAS 2.

MOTORES ASINCRONOS(conceptos-funcionamiento)

Fabián Encaladae-mail: fabianencalada25@hotmail.com

Paul Becerrae-mail: tyta03@hotmail.com

Estudiantes de Ingeniería Electrónica

RESUMEN: El siguiente ensayo es para profundizar en el estudio del funcionamiento de los motores asíncronos, para ello podemos decir que el motor de inducción no necesita escobillas ni colector, su armadura es de placas de metal magnetizable, el sentido alterno de circulación, de la corriente en las espiras del estator genera un campo magnético giratorio que arrastra las placas de metal magnetizable, y las hace girar. El motor asíncrono o de inducción es el motor de corriente alterna más utilizado, debido a su fortaleza y sencillez de construcción, buen rendimiento y bajo coste así como a la ausencia de colector y al hecho de que sus características de funcionamiento se adaptan bien a una marcha a velocidad constante.

PALABRAS CLAVE: Motor asíncrono, motor de inducción, campo magnético giratorio, corriente alterna.

1 INTRODUCCIÓN

El motor asíncrono es el motor mas utilizado en la industria, este motor posee grandes virtudes tanto como funcionamiento como de costo por mantenimiento o por gasto de compra, vale decir que los beneficios superan las características insuficientes que tiene en algunos aspectos como es el manejo constante de la velocidad.

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, lo que lo hace mucho más sencillo de manejar y mucho más simple.

Este motor tiene como su sistema inductor al estator, como inducido al rotor; existen dos clases de motores de inducción o asíncronos, el uno es rotor de jaula de ardilla y rotor bobinado, tiene gran funcionalidad como transformador, como motor, como generador y como freno electromagnético. Vale indicar que el rotor de este motor gira a una velocidad cercana a la de sincronismo pero siempre por debajo, es decir nunca la supera.

2 DESARROLLO

Para poder realizar el desarrollo de una manera explícita comenzaremos con la parte de la construcción del motor, luego con la parte del funcionamiento.

Parte constructiva:

Estator: El estator está constituido por un núcleo en cuyo interior existen p pares de arrollamientos colocados simétricamente en un ángulo de 120º, los mismos que son sometidos a una C.A. y los polos del estator se trasladan continuamente creando un campo giratorio.

Como podemos observar la imagen se trata de un motor asíncrono de jaula de ardilla, esto lo podemos saber observando esos agujeros, por los

1

MAQUINAS ELECTRICAS 2.

que se introducen barras metálicas las cuales forman la jaula de ardilla.

Rotor: 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. 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., siendo ws la velocidad de sincronismo

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:

Donde We es la frecuencia angular de la red, y P es el número de pares de polos.

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.

Ver anexo 1.

Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla.

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

Ver anexo 2.

Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

El 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.

Ver anexo 3.

Parte funcional:

Para comenzar con la parte funcional, vamos a mostrar por medio de imágenes y de una explicación el campo magnético rotario.

En esta imagen podemos observar el campo magnético rotario, el cual se produce cuando las corrientes trifásicas son aplicadas a los bobinados, el campo magnético gira a una velocidad constante y hace que el rotor gire.

Lo explicado anteriormente se puedo visualizar en esta imagen, como observamos tenemos la red trifásica conectada al motor, por lo que podemos ir viendo que el motor se mueve o gira, esta velocidad de giro esta dada por el campo magnético rotario producido por la señal dela red.

2

MAQUINAS ELECTRICAS 2.

La densidad de flujo distribuida sinusoidalmente, generada por las corrientes del estator, realiza un barrido en los 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.

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.

Ahora por medio vamos a observar el proceso de funcionamiento en si de un motor asincrónico:

Análisis de la velocidad de giro:

Velocidad del flujo en el entrehierro:

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

Velocidad del motor:

3

)( loads Tfnnn =−=∆

min/12060

revp

f

pp

fns =⋅=

Torque

n s

1

0

ns

s max

T st

T max

s

s

s

s

ss n

nn

n

ns

ωωω

ωω −=−=∆=∆=

min/12060

revp

f

pp

fns ==

MAQUINAS ELECTRICAS 2.

La velocidad del motor para máxima carga es:

Ahora vamos a analizar el circuito equivalente de esta clase de motores y por ende vamos a analizar el proceso matemático para poder obtener parámetros que necesitemos para la implementación de este motor.

Circuito equivalente del motor:

En la parte a tenemos el circuito exacto del modelo de este motor, y en la parte b tenemos el modelo aproximado de este motor.

Potencia transmitida desde el estator por el entrehierro:

Pérdidas eléctricas en el rotor:

Torque:

Corriente de arranque:

Curva mecánica característica:

Limitación de la corriente en el arranque:

- Rotor devanado.

- Rotor de doble jaula.

- Rotor de ranura profunda.

- Arranque estrella-triángulo.

- Arranque por autotransformador.

- Arranque con inserción de resistencias entre el estator y la red de alimentación.

- Arrancadores electrónicos.

- Arranque por convertidor

Regulación de velocidad:

- Cambio del número de polos.- Control de la frecuencia del estator.- Control de la tensión de alimentación o regulación por variación del deslizamiento.- Regulación mediante la inserción de resistencias externas en el rotor.

Aplicaciones de los motores asíncronos:

Aplicaciones industriales (velocidad constante y variable) para potencias entre 1kW y 10 MW (jaula de ardilla)

- Grupos de bombeo.- Ventiladores.- Cintas transportadoras.- Elevadores.

4

min/)1(120)1( revsp

fsnn s =−⋅⋅=−⋅=

MAQUINAS ELECTRICAS 2.

Grupos de bombeo en centrales hidroeléctricas. Potencias superiores a los 100 MW (rotor bobinado).

3 CONCLUSIONES

Como concluciones podemos decir que el utilizar este motor es una decicion muy buena, ya que es un motor de bajo costo y un mantenimiento sencillo, el cual tiene una eficiencia de velocidad media como se pudo observer en la explicacion, y a su ves depende de la frecuencia con la que trabaja la red, tambien podemos decir que el utilizar este motor nos puede ayudar a ahorrar costos de energia, podemos decir que la implementacion de este motor es mucho mas baja en costo que un motor asincrono, y tambien se puede decir que tiene mas ventajas que desventajas.

Las caracteristicas indicadas del motor como el arranque no son un impedimento para la utilizacion de este ya que existen varios metodos para que al arranque no tengamos un consumo exesivo de corriente lo cual es muy perjudicial para la red.

4 REFERENCIAS

http://www.monografias.com/trabajos11/tradi/tradi.shtml(1)

http://www.uv.es/marinjl/electro/diodo.html#2"(2)

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Total_harmonic_distortion#Explanation(6)

http://www.wikipedia.org/wiki/Total_harmonic_distortion (7)

http://www.syse.com.mx/ingenieria.shtml

5

MAQUINAS ELECTRICAS 2.

Anexos:

Motor asíncrono (Anexo 1)

Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla (Anexo 2)

6

MAQUINAS ELECTRICAS 2.

Motor Asincrónico de Rotor Bobinado (Anexo 3)

7