3.2
Curva característica de par contra velocidad
Un motor de inducción funciona en el régimen de “motor” cuando el eje gira en la misma dirección que el campo rotatorio del estator, a una velocidad menor a la velocidad de sincronismo .
Donde:
Velocidad del motor Frecuencia Polos
Como , el deslizamiento
, está comprendido entre 0 y 1.
El rango anterior corresponde a velocidades comprendidas entre (velocidad de sincronismo) y 0 (parado). Si se considera el campo de variación de s en el régimen motor, las ecuaciones de par y potencia nos indican que cuando la máquina trabaja como motor se tiene:
La potencia mecánica interna es positiva. Es decir, se transmite energía mecánica al eje.
La potencia en el entrehierro es positiva, lo que indica un par electromagnético positivo.
Si la potencia de entrehierro es positiva, quiere decir que se transfiere energía en el sentido estator-rotor. Como quiera además que la energía en el estator procede de la red. En definitiva, la potencia eléctrica que absorbe la máquina de la red es positiva.
El par o momento de torsión desarrollado por un motor depende de su velocidad, pero la relación entre los dos no se puede expresar mediante una simple ecuación. Por consiguiente, es preferible mostrar la relación en forma de u na curva. Como se puede observar en la Figura 3.2 se muestra la curva característica de par contra velocidad de un motor de inducción. Los puntos más característicos de la curva parvelocidad son:
Figura 3.2.-Curva característica de par contra velocidad de un motor de inducción.
Punto O. Funcionamiento en sincronismo: , en este caso la velocidad derotación del motor es la de sincronismo, lo que constituye una imposibilidad física. De hecho, el que el par electromagnético producido resulte igual a cero está corroborando tal afirmación, porque la máquina a esta velocidad no podría ni tan siquiera vencer los pares resistentes de rozamiento.
Punto A. Régimen asignado o nominal: , que corresponde a la velocidad asignada y al par nominal o asignado o de plena carga, se produce generalmente para deslizamientos comprendidos entre el 3 y el 8 por 100, que representan velocidades cercanas a la de sincronismo que se sitúan en la parte derecha de la curva de la Figura 3.2.
Punto C. Funcionamiento con par máximo: , representa el par máximo o crítico del motor y se produce para deslizamientos comprendidos entre el 15 yel 30 por 100.
Punto D. Régimen de arranque: , en este caso la velocidad es cero y corresponde al par de arranque.
Se observa en la Figura 3.2 que el par máximo divide a la curva en dos partes, una estable y otra inestable ; la zona estable corresponde a la parte de la curva en la que se obtiene un aumento del par conforme el motor disminuye su velocidad. El motor en su zona estable presenta una característica dura o rígida, lo que significa que la velocidad disminuye muy poco con el par y es por ello que se puede decir que estas máquinas giran a una velocidad asíncrona prácticamente constante.
La información que provee la curva par contra velocidad, se resume a continuación:
El par inducido del motor es cero a la velocidad sincrónica.
La curva par-velocidad es aproximadamente lineal entre vacío y plena carga; ya que cuando crece el deslizamiento, crecen linealmente: la corriente, el campo magnético del rotor, y el par inducido.
El par máximo o de desviación, equivale a 2 ó 3 veces el par nominal y nopuede ser exce dido.
El par de arranque es ligeramente mayor al par de plena carga.
3.3
Variación de la característica par contra velocidad para los motores jaula de ardilla.
En los rotores tipo jaula deardillacomo se muestra en la Figura 3.3; los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del rotor con el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora las propiedades de arranque y disminuye los ruidos. En un motor con rotor tipo jaula de ardilla tenemos:
Se establece un campo magnético rotatorio cuando se aplica un voltaje trifásico al estator de un motor de inducción.
El campo rotatorio induce un voltaje en las barras del rotor.
El voltaje inducido crea grandes corrientes que fluyen en las barras del rotor y en los anillos extremos.
Las barras del rotor que transportan corriente están dentro del campo magnético creado por el estator; por lo tanto, se ven sometidas a una gran fuerza mecánica.
La suma de las fuerzas mecánicas en todas las barras del rotor produce un par o momento de torsión que tiende a arrastrar el rotor en la misma dirección del campo rotatorio.
Figura 3.3.- Rotor tipo jaula de ardilla.
Como se muestra en la Figura 3.4 muestra la curva de momento de torsión-velocidad de un motor de inducción trifásico convencional con rotor tipo jaula de ardilla, cuyo momento de torsión nominal a plena carga es T. El momento de torsión de arranque es 1.5 T y el momento de torsión máximo (llamado momento de torsión de ruptura) es 2.5 T. El momento de torsión de aceleración es el momento de torsión mínimo desarrollado por el motor mientras está acelerando desde el reposo hasta el momento de torsión máximo. A plena carga el motor funciona a una velocidad . Si la carga mecánica se incrementa un poco, la velocidad se reducirá hasta que el momento de torsión del motor sea igual al momento de torsión de la carga. En cuanto los dos momentos de torsión estén en equilibrio, el motor girará a una velocidad constante pero un poco más baja. Sin embargo, si el momento de torsión de la carga excede los 2.5 T (el momento de torsión máximo), el motor se detendrá de inmediato. Los motores pequeños (15 hp o menos) desarrollan su par o momento de torsión máximo a una velocidad de aproximadamente 80% de la velocidad síncrona. Los motores grandes (1500 hp y más) alcanzan su momento de torsión máximo a aproximadamente 98% de su velocidad síncrona.
Figura 3.4.- Curva de par o momento de torsión-velocidad típica de un motor de inducción trifásico
3.4
Característica par contra velocidad para los motores de rotor devanado
La característica par-velocidad para un motor de inducción de rotor devanado se muestra en la Figura 3.5.
Figura 3.5.-Efecto de la variación de la resistencia del rotor sobre la característica par-velocidad de un motor de inducción de rotor devanado.
Es posible introducir resistencia en el circuito de un rotor devanado debido a que las terminales de este se sacan al estator a través de anillos rozantes. Nótese en la figura anterior que cuando aumenta la resistencia del rotor, decrece la velocidad correspondiente al par máximo, pero este permanece constante. Es posible sacar ventaja de esta característica de los motores de inducción de rotor devanado para arrancar cargas muy pesadas. Si se inserta una resistencia en el circuito del rotor, se puede ajustar el máximo par para que ocurra en la condiciones de arranque. Entonces, el par máximo posible estaría disponible para arrancar cargas pesadas. Por otra parte, cuando la carga está en movimiento, se puede quitar la resistencia extra del circuito y el par máximo llegará cerca de la velocidad síncrona de operación normal.
