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Cap6_Motores de Inducción Máquinas Eléctricas Prof. Andrés J. Díaz Castillo PhD Contenido • • • • • • • • Introducción Construcción Campo magnético Rotativo Slip y velocidad del motor Voltaje inducido en el rotor Circuito del rotor Diagrama representativo Característica del motor de inducción 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 2 Introducción • El motor de inducción es el motor mas utilizado en la industria y electrodomésticos de gran potencia (Lavadora, secadora, Nevera, bomba de agua, Aire acondicionado. • Esto es debido a su robustez, fácil construcción y mantenimiento. • Sin embargo este motor también tiene algunas desventajas. – – – – No se cambia la velocidad tan fácilmente Requiere una corriente grande de arranque Posee bajo factor de potencia Necesita alimentación trifásica o mecanismo de arranque para operarse con una sola fase. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 3 Construcción • El embobinado que recibe la corriente externa esta en el estator. • En el rotor circula una corriente que es producida por el voltaje inducido desde el estator. • El rotor consiste en una jaula compuestas de barras paralelas que estan cortocircuitadas por dos anillos (jaula de ardilla o squirrelcage). Esta jaula esta empotrada en placas de hierro formando una masa de hierro dificil de distinguir. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 4 Esquemático del motor de Inducción • El motor de inducción o asincrónico que asemeja a un transformador trifásico. • Algunos de ellos tienen conexiones en el secundario (rotor) externas que sirven para controlar la corriente y el torque. Estas conexiones se hacen a través de anillos y escobillas. Estos motores se conocen como motores de rotor bobinado. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 5 Campo magnético giratorio • El principio de operación de un motor de inducción esta basado en el campo magnético giratorio. • Este campo es creado por los devanados trifásicos del estator. • La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (Campo) que gira en sentido de la manecilla del relog si los devanados de las fases A,B, y C fueron conectados correctamente a sus respectivas fases a, b y c. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 6 Velocidad del campo rotatorio • Este campo gira a la frecuencia de la onda sinusoidal • F=60Hz RPM=3600 • Si el bobinado del estator posee mas de un par de polo por fase la velocidad se reduce a • ns=120*f/Polos/fase rpm 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 7 Desarrollo de torque • El campo giratorio del estator induce un voltaje en el rotor. • Este voltaje produce una corriente dentro del rotor que reacciona dentro del motor con el campo del estator y produce un torque que lo hace girar. • El rotor gira en la misma dirección que el campo magnético tratándolo de alcanzar. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 8 Slip y velocidad del rotor • El rotor nunca alcanza la velocidad sincrónica del estator, ya que si lo hace ningún flujo corta el rotor desapareciendo el voltaje inducido y por tanto el torque. • Es por eso que el motor de inducción recibe el nombre también de asincrónico. 09/08/2017 • La diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo giratorio se conoce como slip y es una variable importante en todas las ecuaciones del motor de inducción ya que tanto el torque como la velocidad se miden en función de este. s slip 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz ns nr x 100% ns Slide 9 Velocidad voltaje y frecuencia en el rotor • En términos de s la velocidad del rotor se define por la siguiente ecuación nr 1 s ns r / min • El voltaje inducido en el rotor es función del voltaje máximo (rotor bloqueado EBR) y el slip. 09/08/2017 Er sEBR • La frecuencia del rotor también es una función del slip fR s x f 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 10 Ejemplo de Velocidad del rotor • Un motor trifásico 60Hz 4 polos 220V. El bobinado del rotor tiene 40% de espiras que el estator. Calcule para una velocidad de 1710 RPM. • a) slip, b)EBR, c)Er d) EBR lines e)fr 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 11 Circuito del rotor • La corriente en el rotor es dada por la ecuación. IR sE BR 2 RR2 sX BR Que se expresa mejor como IR 09/08/2017 E BR 2 RR2 / s X BR El termino Rr/s se puede descomponer en dos RR 1 s RR RR s s La primera parte es la resistencia del rotor y las segunda parte es la resistencia que representa la potencia mecánica desarrollada en el rot 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 12 Circuito del rotor (2) • Multiplicando ambos términos por el cuadrado de la corriente obtenemos I R2 RR R 1 s I R2 R I R2 RR s s s La potencia desarrollada equivale a: Pd wRT wr 2nr / 60 El torque se puede obtener como La potencia de entrada RPI al rotor se divide en dos: Potencia que se pierde en la resistencia del rotor RCL y potencia que se transforma en energía mecánica RPD 09/08/2017 W 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz RPD td wr Slide 13 Diagrama completo del motor • Si tomamos en cuenta la resistencia e inductancia del estator obtenemos una corriente del rotor igual a I R' 09/08/2017 V1 Rs RR' / s j X s X R' También existe una corriente adicional Im igual a V1 Im JX m 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 14 Ejemplo de potencia desarrollada • • • Un motor trifásico de 220V 60hz 10HP 6 polos tiene las siguientes características Rs=0.344 Rr=0.147 xs=0.498 Xr=0.221 Xm=12.6 encuentre la corriente de línea y el power factor El torque y potencia de salida y la eficiencia para un slip de 2.8% 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 15 Característica de motor de Inducción • Un motor de inducción tiene un torque de arranque menor que el máximo • Va incrementándose hasta un máximo y luego se reduce a cero a la velocidad sincrónica 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 16 Torque de arranque • El torque de arranque de un motor de inducción vienen dado por la ecuación RPI st Tst ws I r' st RPI st 3 * I R'2st RR 09/08/2017 R V1 2 ' X r' X s s RR 2 ws 2 * * ns / 60 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 17 Ejemplo de torque de arranque • Calcule el torque de arranque del ejemplo anterior. Rs=0.344 Rr=0.147 xs=0.498 Xr=0.221 xm=12.6 I r' st R s V1 X ' 2 R R RPI st 3 * I 09/08/2017 ' r Xs '2 R st 2 145.45 A RR 9330W 2 * * ns ws 125.7rad / s 60 RPI st Tst 74.2 N .m ws 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 18 Máximo torque • El máximo torque de un motor se obtiene a un valor de slip dado por la ecuación El valor del torque se obtiene con la potencia desarrollada y la velocidad del rotor. RPD 3 * I 09/08/2017 '2 Rmt (1 S mt ) *R S mt ' R S mt Tmax RR' Rs2 X s X R' RPDmt Prot wRmt wRmt wS (1 Smt ) 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 19 Ejemplo de máximo torque • Encuentre el máximo torque del motor del ejemplo anterior. RR' S mt I r' st Rs2 X s X R' 0.184 V1 2 R' Rs R X r' X s S mt 09/08/2017 93.94 A 2 '2 RPD 3 * I Rmt * RR' Tmax (1 S mt ) 17264W S mt RPDmt Prot 165.9 N .M wRmt 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 20 EJEMPLO DE MOTOR CON ROTOR BOBINADO Encuentre el torque de arranque y el máximo torque si le añadimos una resistencia externa al rotor de 0.264. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 21 Motor de rotor bobinado • • Debido a que las características del motor de inducción depende de la resistencia es posible variar esta si embobinamos el motor y le hacemos una conexión externa a travéz de anillo. Aumentando la resistencia del rotor a travéz de resistencia externa podemos conseguir; – – – • Mayor torque de arranque Menor corriente de arranque Podemos cambiar la velocidad en un mayor rango. Además podemos Mejorar la eficiencia si almacenamos esa energía disipada en las resistencias. 09/08/2017 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz Slide 22