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Antecedentes para el estudio de
Motores de inducción
Estator y rotor de un motor de inducción Monofásico
Circuito equivalente del motor comparado con el
circuito del trasformador para n=0
R1
X1
I
V
Rm
2
R2
Ir I2
Im
I1
 N1 *  1 

a  
 N 2 * 2 
X2
Xm
E1
N1
N2
E2
a
E1
I2
I2

a
I1
I
E2
El principio de operación de
estos motores son muy
similares al principio de
operación de los
trasformadores cuando el
secundario del transformador
se pone en corto circuito
Por que gira el Motor de
Inducción?
e Bl v
F  Bli
T  f (  ,i )
ib
ia
ic
Rotación del campo

a
c
b
Tiempo
t1
t2
t3
b
a
c
tiempo
t1
t2
ia
t3
c
ib
c
a
b
a
b
ic
a
b
c

3
 m ax
2
3
 max
2
3
 max
2
tiempo
t1
ia
t2
3
 max
2
At t2
3

 max
2
t3
c
3
 m ax
2
ib
a
b
F  Bli
ic
3
 max
2

3
 max
2
At t3
T  f (  ,i )
e Bl v
At t1
3
 max
2
Relación de frecuencia y
radianes
Velocidad del campo
  P *w
e
2 m
p
2 * f  * 2 * rev / seg
2
120 * f
r. p.m  N s 
p
Deslizamiento
 ns  n  s  
s



ns
s
ns
s
n
n
  2
60
Circuito equivalente mas aproximado
R1
Potencia de entrada (Pin)
X1
Im
I1
V
Perdidas en estator:
Peridas de cobre (Pcu 1)
Perdidas en núcleo (Pmag)
X2
Rm
’
R2
I2
Xm
E1 E2
’
’
Pot. entrehierro (Pg)
Perd. en el Cu rotor (Pcu 2)
Pot. desarrollada (Pd)
Perd. mecánicas (Protacionales)
’
Pot. de salida (Pout)
R'2
( 1 s )
s
R1
X1
X2
Im
I1
Pin  3 V I 1 cos 1
Pcu1  3 I12 R1
Pmag
V
Pg  3
Rm
( I '2 )2
V2
3
Rm
Pcu 2  s Pg
R2
I2
Xm
’
E1 E2
R'2
 Td  s
s
Pd  Pg ( 1  s )  Td 
Protational
’
Pout  T 
’
’
R'2
( 1 s )
s
Par y corriente en el motor
4
I2b( s)
2
I2c( s)
1
0
0
0.5
1
s
Deslizamiento
3
Tin1( s)2
Par N-M
Corriente
3
I2a( s)
Tin2( s)
Tin3( s)
1
0
0
0.2
0.4
0.6
s
Deslizamiento
0.8
Tabla 1 características de los motores comerciales
de inducción de jaula de ardilla de acuerdo con la
clasificación en letras NEMA.
Gráficas de par y corriente
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA
DE ARDILLA DE ACUERDO CON EL ENFRIAMIENTO Y EL
AMBIENTE DE TRABAJO
TIPOS DE ENVOLVENTES O CARCAZAS.
•
•
•
•
•
•
NEMA O Carcaza abierta envolvente que tiene agujeros de ventilación
que permiten el flujo de aire externo de enfriamiento sobre y alrededor
de los devanados de la máquina.
NEMA 1 carcaza para propósito general . Envolvente abierta en la cual
todas las aberturas conducen directamente a partes vivas o giratorias,
para evitar el contacto accidental con las parte vivas
NEMA 2 Carcaza a prueba de salpicaduras. Envolvente abierta en la
que las aberturas de ventilación están fabricadas de tal modo que si
caen partículas de sólidos o gotas de líquidos a cualquier ángulo no
mayor de 100º con la vertical no puedan entrar en forma directa o por
choque de flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.
NEMA 2 B Carcaza a prueba de goteo envolvente abierta en que las
aberturas de ventilación se construye de tal modo que si caen
partículas sólidas o gotas de líquido a cualquier ángulo no mayor de
15º con la vertical no pueda entrar ya sea en forma directa o por
choque y flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.
NEM 3 carcaza totalmente cerrada envolvente que evita el intercambio
de aire entre el interior y el exterior de ella pero que no es lo suficiente
mente cerrada para poderla considerar hermética al aire.
NEMA 3R carcaza protegida al temporal. Envolvente abierta cuyos
conductos de ventilación están diseñados para reducir al mínimo la
entrada de lluvia o nieve y partículas suspendidas en el aire, y el
acceso de estas en las partes eléctricas.
MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE A
• El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal
o estándar fabricado para uso a velocidad constante.
• Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena
disipación de calor.
• Barras con ranuras profundas en el rotor.
• Buena capacidad de disipar calor
• Par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el par nominal
• Par máximo entre 200% y 300% del par de plena carga
a un bajo deslizamiento
• Acelera de manera rápida a la velocidad nominal
• La regulación de velocidad esta entre 2 y 4 %
• Tiene el inconveniente que la corriente de arranque
anda en el orden de 6 a 7 veces la nominal
• Ha sido remplazado por el motor clase B
• Se utiliza en compresores, ventiladores, bombas y en
máquinas y herramientas.
Motores de inducción de jaula de ardilla clase B
• A los motores de clase B a veces se les llama
motores de propósito general.
• Las ranuras de su motor están embebidas algo
más profundamente que el los motores de clase
A
• Par de arranque similar al clase A
• Par máximo entre 200% del par nominal
• Regulación de velocidad menor a 5%
• Substituye al de clase A por su bajo consumo de
corriente en el arranque.
• Se utiliza en compresores, ventiladores, bombas
y en máquinas y herramientas.
MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE
ARDILLA CLASE C
• Estos motores tienen un rotor de doble jaula de
ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y
una menor corriente de arranque.
• Debido a su alto par de arranque, acelera
rápidamente, sin embargo cuando se emplea en
grandes cargas, se limita la disipación térmica del
motor por que la mayor parte de la corriente se
concentra en el devanado superior.
• En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene
tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a
grandes cargas repentinas pero de tipo de baja
inercia.
• Las aplicaciones de os motores de clase C se
limitan a condiciones en las que es difícil el
arranque como en bombas y compresores de
MOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE
ARDILLA CLASE D
• Los motores comerciales de inducción de jaula de
ardilla clase D se conocen también como de alto par
y alta resistencia.
• Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta
resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la
superficie o están embebidas en ranuras de
pequeño diámetro. La relación de resistencia a
reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo
motores de las clases anteriores.
• El motor está diseñado para servicio pesado de
arranque, encuentra su mayor aplicación con
cargas como cizallas o troqueles, montacargas,
ascensores que necesitan el alto par con aplicación
a carga repentina la regulación de velocidad en esta
clase de motores es la peor.
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE
ARDILLA DE CLASE F
• También conocidos como motores de doble jaula y bajo par.
Están diseñados principalmente como motores de baja
corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de
todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en
su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a
aumentar la impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la
corriente de marcha y de arranque.
• El rotor de clase F se diseño para remplazar al motor de clase
B. El motor de clase F produce pares de arranque
aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas
corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores
de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para
servicio directo de la línea. Debido a la resistencia del rotor
relativamente alta de arranque y de marcha, estos motores
tienen menos regulación de voltaje de los de clase B, bajan
capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de
funcionamiento. Sin embargo , cuando se arrancan con grandes
cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la
necesidad de equipo para voltaje reducido, aún en los
tamaños grandes.
Prueba de Vacío.
• Mediante esta prueba que podemos calcular la impedancia
de magnetización con la ayuda de la corriente en vacío y la
potencia.
PSCL  3I 12 R1
Pin  PSCL  Pnúcleo  PF &W  Pmisc
 3I12 R1  Prot
Prot  Pnúcleo  PF &W  Pmisc
Z eq 
V0
 X1  X M
I0
Prueba de Rotor Bloqueado
•
Como su nombre lo indica esta prueba
requiere que el motor esté bloqueado
y en esas condiciones aplicar un
voltaje partiendo de cero hasta que
podamos leer la corriente nominal
fluyendo a través de él.
X1 y X2 como
funciones de
XLR
R2  RRB  R1 
X
'
LR
X X
'
1
'
2
Diseño del rotor
X1
X2
Rotor devanado
0.5 XLR
0.5 XLR
Diseño A
0.5 XLR
0.5 XLR
Diseño B
0.4 XLR
0.6 XLR
Diseño C
0.3 XLR
0.7 XLR
Diseño D
0.5 XLR
0.5 XLR
Z LR 
V
I1
cos  

VT
3I L
Pin
3 VT I L
'
Z LR  R LR  jX LR
 Z LR cos   j Z LR sen
Curvas características del motor.
• Una forma para determinar las curvas características es
obtener el circuito equivalente de Thevenin, para graficar en
Excel Par y corriente contra velocidad o deslizamiento.
Z TH  RTH  jX TH
VTH  V
I2 
RTH
jX m R1  jX 1 

R1  j  X 1  X m 
Xm
R1   X 1  X m 
2
2
VTH
 R2 s    X TH  X 2 
2
2
+ j X2
R2
Pd  3I
s
Pd
 2 
d 
 sinc  nsinc 

sinc
 60 
2
2
d 
2

sinc RTH
3VTH R2 s
2
2
 R2 s    X TH  X 2 

Elaboración del algoritmo par
Td
Elaboración del algoritmo I
Motor devanado
Control de velocidad:
• Variando la frecuencia con dispositivos
electrónicos “inversores” o convertidores
síncronos.
• Variando el numero de polos, usando polos
consecuentes, dos devanados o motores en
tandem.
• Variando el deslizamiento con variaciones de
voltaje, o variando la corriente del rotor con
resistencias secundarias.
Variaciones de Voltaje
• Las fluctuaciones frecuentes de voltaje pueden también
afectar al equipo electrónico y a la iluminación al grado
de que se necesite algún método alterno para arrancar
el motor de inducción, para limitar la corriente de
arranque. Si las líneas que alimentan al motor de
inducción de jaula de ardilla, tienen impedancias
diferentes; los voltajes del estator pueden
desbalancearse, desbalanceando severamente las
corrientes en las líneas y originando que el equipo de
protección deje al descubierto al motor. De hecho un
desbaleance de 1 o 2 % en los voltajes de la línea del
estator pueden originar un desbalance del 20 % en las
corrientes de línea, presentando calentamiento
localizado del motor y fallas del devanado
Arranque a tensión reducida
Razones para arrancarlos a tensión reducida :
• Reducen el par de arranque para no
dañar sistemas mecánicos.
• Ahorran energía en el momento de
iniciar a trabajar.
• Limitan la corriente para no ocasionar
disturbios a equipos electrónicos e
iluminación