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Máquinas asíncronas
Jesús Fraile Ardanuy
Área de Ingeniería Eléctrica
Dpto. de Ingeniería Civil: Hidráulica y Energética.
ETSI Caminos, Canales y Puertos
Universidad Politécnica de Madrid
J.F.A.
1
Introducción
• Campo giratorio
(Teorema Ferraris)
• 1888 Motores
bifásicos
– Ferraris
– Tesla
J.F.A.
2
Introducción (II)
• Westinghouse compra patente Tesla.
• Primeros motores bifásicos
comerciales.
• 1890 Dobrowolsky (AEG) MOTOR
ASÍNCRONO TRIFÁSICO.
– Rotor en JAULA DE ARDILLA.
– 1893 Doble Jaula de ardilla.
J.F.A.
3
Introducción (III)
• Máquina de INDUCCIÓN
– La corriente que circula por un devanado (el
rotor) se debe a la fem inducida por la acción
del flujo del otro devanado (estátor)
• Máquina ASÍNCRONA
– Gira a una velocidad inferior a la de
sincronismo de la red.
J.F.A.
4
Introducción (IV)
•
•
•
•
•
Simple.
Robusta.
Poco mantenimiento.
80% de los motores son asíncronos.
Inconvenientes:
– Regulación de velocidad.
J.F.A.
5
Aspectos Constructivos
J.F.A.
6
Aspectos Constructivos (II)
J.F.A.
7
Aspectos constructivos (III)
ESTATOR:
• Apilamiento de chapas de acero.
• Ranuras para los devanados.
• Devanados desfasados 120º
eléctricos.
• Alimentado por corrientes
trifásicas.
• Se obtiene un:
FLUJO GIRATORIO DE
AMPLITUD CONSTANTE
J.F.A.
8
Aspectos constructivos (IV)
J.F.A.
9
Aspectos Constructivos (V)
ROTOR:
• Chapas apiladas.
• JAULA de ARDILLA:
–
•
Conductores de Aluminio cortocircuitados por los
extremos.
DEVANADO:
–
Arrollamiento trifásico:
•
•
J.F.A.
Un lado en ESTRELLA.
El otro conectado a unos ANILLOS.
10
Aspectos constructivos (VI)
ROTOR:
JAULA DE ARDILLA
J.F.A.
DEVANADO (anillos)
11
Aspectos Constructivos (VII)
CAJA DE BORNES
U1
V1
W
2
U2
J.F.A.
W
1
V2
12
Aspectos constructivos (VIII)
Los devanados del estátor se conectan en:
ESTRELLA
TRIÁNGULO
RED C.A.
RED C.A.
U1
W2
V1
U2
U1
W1
V2
W2
S
U1
J.F.A.
V2
RED C.A.
S
R
T
T
U2
V1
U2 V2
W2
W1
U2
RED C.A.
R
V1
V1
V2
U1
W1
W2
W1
13
Aspectos Constructivos (IX)
• Conexión ESTRELLA (Mayor tensión)
• Conexión TRIÁNGULO (Menor tensión)
J.F.A.
14
Principio de funcionamiento
• 3 tensiones corrientes trifásicas (f1)
• Campo magnético giratorio de amplitud
constante.
60 f1
n1 
p
J.F.A.
Velocidad de
SINCRONISMO
15
Principio de funcionamiento (II)
• Generación de un campo magnético giratorio.
W
V
U
4
5
3
2
6
Z
18
7
17
Y
8
16
15
14
X
9
10
J.F.A.
1
11 12 13
16
Principio de funcionamiento (III)
• Desarrollando los devanados del estátor:
N
N
N
1
Instante T1
2
3
U Z V
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18
W
S
X
S
Y
S
Número de pares de polos, p=3
J.F.A.
SISTEMA DE CORRIENTES TRIFÁSICAS
17
Principio de funcionamiento (IV)
• El flujo giratorio atraviesa las espiras del rotor.
• Se inducen unas f.e.m.s.
• Como están cortocircuitados, aparecen corrientes
en el rotor que reaccionan con el flujo del estátor.
J.F.A.
18
Principio de funcionamiento (V)
• Al circular corriente por el rotor → Aparece una
fuerza sobre el conductor.
B
i
Fuerza
F=i (l x B)
J.F.A.
19
Principio de funcionamiento (VI)
• La fuerza no actúa sobre los conductores sino
sobre los dientes.
ESTATOR
ESTATOR
ESTATOR
enrarecimiento
de B
concentración
de B
F
ROTOR
J.F.A.
ROTOR
ROTOR
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Principio de funcionamiento (VII)
• Si la velocidad se aproxima a n1
– Menor es la f.e.m. en el rotor.
– Menor es la corriente inducida.
– Menor es la fuerza.
– Menor es el par motor.
….. La máquina se frena.
NUNCA SUPERA LA VELOCIDAD DE
SINCRONISMO n1
J.F.A.
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Deslizamiento
n1  n
s
n1
• A plena carga: 3-8%
J.F.A.
22
Circuito equivalente. Rotor
Parado
n=0, deslizamiento = 1
X1
R1
V1
f1
I1
X2

E1
N2
E2
R2
I2
f1
N1
Se comporta igual que un transformador.
DIFERENCIA: La inducción se produce por un campo magnético de amplitud
constante y giratorio en el espacio (fem de movimiento)
En el trafo, la fem se produce por un campo magnético alternativo fijo en el
espacio (fem
J.F.A.de transformación)
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Rotor Parado
Velocidad = 0, deslizamiento, s=1
f.e.m. inducida en el ROTOR
f.e.m. inducida en el ESTATOR
Similar a un TRANSFORMADOR
con el primario en el estátor y
el secundario en el rotor.
J.F.A.
24
Circuito equivalente. Rotor
girando
La frecuencia del rotor depende del deslizamiento, s
J.F.A.
f 2  s f1
25
Rotor girando
f.e.m. inducida en el ROTOR
Velocidad del campo giratorio creado por el rotor
(mismo número de polos que el estátor)
Velocidad del campo giratorio del rotor, referencia
externa (n2+n):
n1  n pn1 p(n1  n)
f 2  s f1 
J.F.A.
n1
60

60
26
Rotor girando. F.m.m.
f.m.m. rotor
V1
X2
X1
R1
f1
I1
E2
E1
N1
R2
I2
f1
N2
f.m.m. resultante
f.m.m. estátor
J.F.A.
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