APUNTES_MAQUINAS_ELECTRICAS-_U_3_v1.1

UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES INSTALACIONES ELÉCTRICAS

UNIA N! "

#$%a& ' e *

Máquinas e Instalaciones Eléctricas

UNIDAD Nº 3 Motores asíncronos Principio Principio de Funcionam Funcionamiento. iento. Constitución Constitución de la máquina máquina asíncrona asíncrona trifásica. trifásica. Tipos de motores: motores: Rotor bobinado, bobinado, jaula de ardillas, doble jaul a de ardillas, rotor de ranuras profundas. Par en los Motores de aula de !rdilla. Campo Ma"n#tico $iratorio. Cone%ión de los &e'anados. Cambio del (entido de $iro del Motor. &esli)amiento. Frecuencias de la corriente del rotor. Circuito equi'alente con el rotor parado. Circuito equi'alente con el rotor "irando. Circuito equi'alente del motor asíncrono trifásico. Funcionamiento: en 'acío, con rotor parado, en car"a. Circuito equi'alente: Reducción del rotor al estator. *alance de potencias. Rendimiento. Par de rotación en el motor asíncrono. Par de rotación en la máquina asíncrona. Funcionamiento como motor. Funcionamiento Funcionamiento como "enerador. Funcionamiento como freno. +nsao de 'acío o de rotor libre. +nsao de cortocircuito o de rotor bloqueado. !rranque. !rranque directo. !rranque estrella-trián"ulo. !rranque por resistencias estatóricas. !rranque por resistencias rotóricas. !rranque por autotransformador. autotransformador. ariación ariación de 'elocidad de los motores asíncronos. Motor asíncrono monofásico. !rranque: M#todo de fase partida, m#todo de espira de sombra.

Principio de Funcionamiento Para expli explicar car el funci funciona onami mient ento o de un motar motar así asínc ncro rono no trifás trifásico ico,, nos vamos vamos a ser servi virr del siguiente símil. Supongamos que tenemos un imán moviéndose a lo largo de una escalerilla conductora tal y como se indica en la gura adjunta. Este imán en su desplaamiento a velocidad v provoca una variaci!n de "ujo so#re los recintos cerrados que forman los pelda$os de la escalera. Esta variaci!n de "ujo genera una f.e.m., denida por la %ey de &araday'

e

d dt

que a su ve (ace que por dic(os recintos circule una corriente. Esta corriente eléctrica provoca la aparici!n de una fuera so#re la escalera denida por & ) * % + que (ace que la escalera se desplace en el mismo sentido que lo (ace el imán.

%a escalera nunca podrá desplaarse a la velocidad del imán, pues en el supuesto caso de que se desplaase a la misma velocidad que el imán, la variaci!n de "ujo so#re los recintos cerrados sería nula, y por tanto la f.e.m. inducida tam#ién y por tanto la fuera resultante tam#ién sería nula.

En un motor motor así asíncr ncrono ono la esc escale alera ra es el desa desarr rrol ollo lo line lineal al del del roto rotorr y el camp campo o magnético que se desplaa es originado por un sist sistem ema a trif trifás ásic ico o de corr corrie ient ntes es que que circulan por el estator -eorema de &erraris


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Constitución d e la Máquina A síncrona T rifásica Tipos d e Motores

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UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

Motor con Rotor Bobinado

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Motor con Rotor en Jaula de Ardilla

Motor con Rotor en Doble Jaula de Ardilla El rotor en estos motores está constituido por dos jaulas, una externa, de menor secci!n y material de alta resistividad, y otra interna de secci!n mayor y material de #aja resistividad. /m#as jaulas están separadas entre sí en cada ranura por medio de una delgada rendija que aumenta el "ujo de dispersi!n en la jaula inferior. 0e este modo se consigue una jaula exterior de alta resistencia y #aja reactancia y una jaula interior de #aja resistencia y #aja reactancia.


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#$%a&  e *

En el arranque la reactancia predomina so#re la resistencia, pues f es grande la corriente "uye en su mayor parte por la jaula exterior menor reactancia. / la velocidad nominal las resistencia predomina so#re la reactancia, f es muy peque$a la corriente "uye en su mayor parte por la jaula interior menor resistencia. 1on todo esto se consigue que en el arranque la resistencia se alta, lo que implica alto par de arranque y #aja intensidad, y a la velocidad nominal, como la resistencia es #aja, se tiene #uen rendimiento.

Motor con Rotor de Ranuras P rofundas 2n efecto análogo al anterior se o#tiene mediante un rotor de ranuras profundas, ocupadas por #arras altas y profundas, donde de#ido al efecto autoinductivo y de &oucault, la corriente se distri#uye de forma diferente en el arranque y en el funcionamiento de tra#ajo.

Par en los M otores d e Jaula de A rdilla


3otor jaula normal

3otor de do#le jaula

*arrq 4*n *ar

3arrq 43n

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3otor con ranura profunda

*arrq 4*n 3arrq 43n

3arrq 43n

4*n 567

8,9 6 :,;

<,< 6 =,=

:6;

5 6 5,9

Campo M an!tico " iratorio

:,; 6 :,=

#$%a& - e *


motor

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El 1ampo magnético giratorio seo#tienecontresdevanados desfasados :;8> acoplados en estrella o triángulo y conectados a un sistema trifásico de c. a. Si porelarrollamiento polifásico delestator delmotordeuna máquina síncrona circula una corriente dey pulsaci!n si (ayp p pares pares de polos, se origina un campo magnético giratorio de 4 p -eorema de polos y que giran a la velocidad  de &erraris. Si el campo tiene distri#uci!n senoidal'

El campo magnético giratorio origina un "ujo que induce corrientes en el rotorqueinteract?an con el campo magnético delestator. En cadaconductor delrotorse & i . % . + produce una era fu de valor que da lugar al par

#$%a&  e *

.


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Cone#ión de los D e$anados

Cambio d el %entido d e "iro d el Motor *ntercam#iando dos fases cam#ia el sentido de giro del campo magnético del estator y por lo tanto el sentido de giro del rotor


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#$%a& '0 e *

Desli)amiento @

4p de los polos cticios del estator velocidad de sincronismo, El rotor no puede girar a la velocidad s pues en este caso, no (a#ría ning?n desplaamiento relativo de las espiras del rotor con relaci!n a los polos cticios del estator, ninguna f.e.m., ninguna corriente, ninguna fuera electromagnética y por lo tanto ning?n par motor. %lamamos desliamiento a la diferencia de velocidad entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor, expresada en tanto por uno o en A a plena carga s )
@s @r SSA.:88A @s

@s @r @s

Ejemplo para f

&'()

*+mero de polos

*s rpm

*r rpm

%,

; 5 9 :8

<888 :=88 7=8 C88

;B=8 :5=8 788 ==8

:,C <,< C,C 9


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Frecuencias d e la corriente del rotor

Sea@des @des @s @ lar velocidad relativa del rotor con relaci!n a los polos cticios del estator

Circuito e qui$alente con el rotor parado %a transferencia de energía en un motor asíncrono se produce de estator a rotor por inducci!n electromagnética de forma análoga a la transferencia en el transformador, pero (a de tenerse en cuenta que cuando el motor gira las frecuencias en el estator y rotor son diferentes. El circuito equivalente P-R FA%. de un motor asíncrono trifásico con el rotor parado, se o#tiene de forma análoga al transformador. 0esignando con los su#índices : y ; las magnitudes del estator y rotor respectivamente, el esquema equivalente es el siguiente'


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#$%a& '+ e *

Circuito e qui$alente con e l rotor irando

Due se udep poner en la siguiente forma'

Circuito e qui$alente del motor asíncrono t rifásico


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

#$%a& '" e *

%a ; 4s (a de corresponder a la suma de' la potencia de#ida a la resistencia del rotor  ; y la potencia mecánica producida por el motor, representada en el circuito eléctrico equivalente

* 

 1 Potencia mecánica ) <. ;. 1 . ; ; ; 4s ; ; 4s ; 1omo' ; 4s : s ; 4s ; ; :4s : ; ; ; c s : s 1on' c ; s El circuito equivalente PF &/SE de un motor asíncrono trifásico, es pues' por una resistencia llamada de carga


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#$%a& ', e *

Funcionamiento Funcionamiento e n $acío

1onsideremos una maquina asíncrona ideal, en la que no existen pérdidas mecánicas, magnéticas ni resistencia estat!rica, consideraciones que apartan muy poco el funcionamiento ideal del real. Entonces en vacío s ) 8 y cada fase del estator se comporta como una #o#ina pura y la corriente a#sor#ida l8 es puramente magnetiante. El diagrama vectorial es el de la gura adjunta.

Funcionamiento con Rotor Parado s :y la del 1on el rotor parado, en el arranque o por #loqueo ecuaci!n eje, del rotor es'

El diagrama vectorial correspondiente' *;da lugar a una f.m.m. n;.*; que a su %a corriente en el rotor de valor .*:. 1omo el "ujo de la máquina ve origina una f.m.m. en eln:estator .E: 4 f : y ninguno de los de#e de seguir siendo el mismo, G pues valores cam#ia, lasf.m.m. de#ensertalqueoriginen "ujosquesu resultante sea .

Funcionamiento en Cara

Hemos visto que la ecuaci!n correspondiente al rotor es' El diagrama vectorial correspondiente'


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%a corriente valor

* ;

#$%a& '* e *

da lugar a una f.m.m. en el rotor de

*

n ;. ; que a su ve origina una f.m.m. en el

estator

n *

. :. 1omo el "ujo de la máquina de#e de

:

E f

G.

seguir siendo el mismo, pues

:

4:y

ninguno de los valores cam#ia, las f.m.m. de#en ser tal que originen "ujos que su resultante sea . Pero respecto al funcionamiento con el rotor parado, a(ora al ser s :, el

cos ;

es muy

superior,

I comparando la f!rmula de la intensidad con la del motor parado, deducimos que la corriente con el motor en carga es menor que la del arranque.

Circuito . qui$alente/ Reducción del Rotor al .stator Se considera que la máquina asíncrona es JequivalenteJ a un transformador tal que' Estator)Primario, otor)Secundario elaci!n -ransf. ) m

Para simplicar los cálculos, consideremos igual n?mero de fases en el estator y el rotor. Entonces por fase'

1omo'

E;

E;.m E:


El esquema queda'

Due podemos poner de la siguiente forma'

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#$%a& '- e *

K y fe en eln Pa ra simpli0car los cálculos se sit?a i icio del circuito, gual i alque se (ace en los transformadores, pero a(ora los errores son superiores a los que se o#tienen en los transformadores e(ierro que da de#ido lugar al a entr aceptable para motores 1 2' 34 corrientes aprecia#les en vacío. 0e todos modos esta aproximaci!n es

-odos los elementos del circuito con L están referidos al estator.


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Balance de Potencias

Para un motor trifásico'

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PEm PS Pcu; <.; PEm PS Pcu; PS P2

PEm

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: S ; .*; S

S.PS

: S .PS

Pérdidasmecánicas

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#$%a& +0 e *

Rendimiento

Pu

Pa#s P1u est P&e est P1urot PPerdmeca

Es interesante considerar el rendimiento del rotor' rotor

PEm

PEm PS PS : S

rotor

PS

PS rotor : S El rendimiento de un motor asíncrono depende esencialmente , el cual delde#e desliamiento ser muy peque$o para que el rendimiento sea acepta#le .


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#$%a& +' e *

Tablas

Par de Rotación en el Motor Asíncrono Partamos del circuito equivalente del rotor. Prescindiendo de las pérdidas en el &e, que son peque$as, la potencia


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mecánica viene sustituida por las pérdidas de joule en la resistencia a$adida

1E

E;.*;.cos ; :

s.PS

Por otra parte, y como (emos

P1u;

;

s.PS

:

:

;

; :

E;.*;.cos P

1E

visto'

P1u;

1E

:

;

P 1u;

#$%a& ++ e *

 , tal que 


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#$%a& +" e *

*; *; &!rmula en la que

E  ;

,

y

;

K

son ctes. y cuya representaci!n gráca tiene la siguiente forma'

;

%a línea punteada corresponde a un funcionamiento inesta#le del motor. El par má#imo se o#tiene para'

d1 8

; s.K;

ds El par má#imo es independiente de la resistencia del rotor . Sustituyendo la expresi!n anterior en la f!rmula del par'

E; 1max

G ;.K;

Para un determinado desliamiento el par varía con el cuadrado de la tensión de alimentaci!n'


1E

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#$%a& +, e *

E;.*;. cos ; :

*; que f E; , quecos ; -eniendo en cuenta 1 y para un mismo desliamiento s se tiene, permanece constante y

G.E ; E

E

f2

;

G.2 ; ;;

.n las pro#imidades del sincronismo el par es sensiblemente proporcional al desli)amiento

En la f!rmula del par, para s peque$os s.

K ;

 ;

1 E

Par de Rotación en la Máquina A síncrona 1omo punto de partida supongamos un motor trifásico. El par ?til de la máquina es'

P 12

2

@;

G.s


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#$%a& +* e *

Si se desprecian las pérdidas mecánicas de la máquina'

PEm s PEm

@: @; @: : s .PS

u

1u

Pu

P @; : s .PS @:. : s

1u

1u

PS @:

PS @: <.;.*; s @:

;

2:

*; : 1

Em

; s

; ;

K 11

UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS ;

<.2: .

1u

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; s

#$%a& + e *

1u f s

;

; ; @:. : @:. K 11 s %a representaci!n gráca de ésta funci!n es'

d1 f s se (a de cumplir'u 8 Para los máximos de la 1 funci!n u ds ; s max 0erivando la funci!n e igualando a cero se o#tiene' ; ; : K 11 ;

1max I para el par máximo'

<.2: ;.@:. :

;

:

;

K 11

@

El signo positivo signica un funcionamiento como motor 

;

@:

@ @: El signo negativo signica un funcionamiento como enerador  ; 1on sentidos opuestos de giro el funcionamiento es como freno. %a característica mecánica de los motores de inducci!n es prácticamente lineal entre vacío y plena carga. El par máximo suele ser de ; a < veces el nominal. El par máximo *- depende de la resistencia

ret!rica

 ;

.


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#$%a& +- e *

El desliamiento al que se produce el par máximo si depende de la resistencia ret!rica

 ;

. Msta propiedad se usa para el arranque mediante inserci!n de resistencias en

máquinas de rotor #o#inado. El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marc(a. Para un determinado desliamiento, el par varía con el cuadrado de la tensión .


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#$%a& + e *

Funcionamiento c omo

m otor

5ona estable M*/ aumento del par conforme el motor disminuye su velocidad. 5ona inestable MA/ disminuci!n del par conforme el motor disminuye su

velocidad.


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#$%a& +/ e *


 enerador

1orresponde a velocidades superiores a la de sincronismo, lo que comporta desliamientos negativos. En este caso el par desarrollado por la máquina asíncrona se convierte en par de frenado respecto del rotor. Se puede disponer de un generador asíncrono trifásico disponiendo de un motor asíncrono trifásico acoplado, por ejemplo, a un motor de explosi!n. Se conecta la máquina a una red trifásica y se arrancará como motor, arrastrando al motor de explosi!n, llegando a una velocidad de régimen pr!xima a la de sincronismo. / continuaci!n se arranca el motor de explosi!n y una ve que, de#ido al motor de explosi!n, el sistema supere la velocidad de sincronismo, la máquina asincr!nica se convertirá en generador, cediendo potencia activa al sistema eléctrico al que está conectada. Este funcionamiento tiene las siguientes particularidades ' :. Proporciona tanta más potencia cuanto mayor es la velocidad a la que es llevada. ;. Su "ujo, al contrario que en la máquina síncrona, se de#e a una corriente alterna. @o puede producir por sí misma la potencia reactiva magnetiante necesaria para la creaci!n de "ujo, de#e tomarla de la red que alimenta. Por tanto en principio, no puede


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#$%a& "0 e *


generar de forma independiente, sino acoplada a una red eléctrica existente, de la que toma la potencia magnetiante. <. 1ualquiera que sea su velocidad de (ipersincronismo, la frecuencia a la que se suministra la potencia eléctrica es igual a la de la red a la que está acoplada.

f reno

Este régimen de frenado se utilia cuando se desea parar rápidamente un motor. %a manio#re se realia in$irtiendo dos fases de la alimentaci!n, de tal manera que el campo giratorio pasa s?#itamente a girar en sentido contrario al del rotor frenado a contracorriente. El rotor va gradualmente disminuyendo su velocidad (asta pararse, momento en el que de#e ser desconectado de la red, ya que de no (acerlo la máquina comenaría a girar en sentido contrario al que esta#a. En este tipo de frenado se pueden producir corrientes muy superiores a las de arranque.


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#$%a& "' e *


.nsa6o d e $acío o d e rotor libre 2

Se (ace funcionar el motor sin carga mecánica a la tensi!n nominal : y frecuencia nominal f . En estas condiciones la velocidad de giro del motor estará muy cercana a la velocidad de 8  ;. : s 4s es muy grande. En estas circunstancias la sincronismo, de tal forma

s

potencia

P

consumida por el motor es'

8

P1u:

P8 y

N: N; P1u: P&e PPerd. 3ec P1u: P&e PPerd. 3ec pues *8 P8 N: N; P&e PPerd. 3ec

*@

El pro#lema que se plantea en este ensayo es que la potencia a#sor#ida por el motor funcionando a rotor li#re, es la suma de las pérdidas en el (ierro más las pérdidas mecánicas. Es necesario separarlas, para ello, se procederá de la siguiente forma' comenando por la tensi!n nominal de alimentaci!n, se irán realiando sucesivas medidas de potencia a diferentes tensiones, (asta llegara una tensi!n de alimentaci!n de aproximadamente el ;=A de la tensi!n nominal, construyendo una gráca de tipo para#!lico como la que se muestra en la gura adjunta. 2na ve construida la gráca anterior, se prolongará dic(a curva (asta que corte al eje de ordenadas. El punto de corte nos *ndica las pérdidas mecánicas, ya que entonces las pérdidas en el &e serán nulas al no existir "ujo. Por tanto a la tensi!n nominal de alimentaci!n, las pérdidas en el (ierro serán la potencia total a#sor#ida menos las pérdidas mecánicas.


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#$%a& "+ e *

*ótese que las pérdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de

tensi!n de alimentaci!n porque una ve que el motor comiena a girar lo (ace prácticamente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para diferentes tensiones de alimentaci!n, con lo que las pérdidas mecánicas se pueden considerar constantes. 2na ve separadas las pérdidas en el (ierro de las pérdidas mecánicas, el circuito equivalente queda en la forma que indica el diagrama de de#ajo. Entonces'

8

* &e *K P&e cos< *8.cos 2:.*8*8.sen

&e

2: *&e

K

2: *

8 8


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#$%a& "" e *

.nsa6o d e cortocircuito o d e rotor bloqueado @; 8, que s :gire , c  8 y se aplica al estator una El ensayo se realia #loqueando el rotor e impidiendo *:cc sea *:@. la nominal  tensi!n creciente desde 8 (asta que la corriente del motor Pérdidas &e muy peque$as

 &e desprecia#le Se elimina rama paralelo

-ensi!n de ensayo

reducida

K 1or riente por desprecia#le

Pcc cos

cc

O 

N: N;

Pcc cc < 2:cc.*:@ Kcc 2:cc *:@

P1u: P1u;

: ; cc K: K;

cc O. cos Kcc O. sen

cc

Kcc

cc

: ;

2:cc cos *:@

cc

K: K;

2:cc sen *:@

cc

se o#tiene por medici!n directa so#re los devanados del estator.

:

K

se reparte entre

cc

K

y

:

K ;

. / falta de otra informaci!n

KK :

;

Arranque +ajo la acci!n de los pares motor o electromagnético

1 y del par resistente

1 

se produce el

comportamiento dinámico del motor, que responde a la ecuaci!n'

d 1 1  dt 0onde  es el momento de *nercia de las partes giratorias y la velocidad angular del rotor. Para que se produca el arranque es necesario que el par de arranque del motor sea superior al par resistente de la carga, de esta manera se produce una aceleraci!n que (ace girar el


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#$%a& ", e *

motor a una velocidad cada ve mayor, o#teniéndose el régimen permanente cuando se igualan el par motor y resistente.

*

En el arranque se produce una elevada corriente a en el circuito equivalente la resistencia de carga vale 8 pues el desliamiento vale :. Para reducir las corrientes en el momento del arranque se emplean diferentes métodos como veremos a continuaci!n, actuando normalmente so#re 2 o  , pero se (a de tener en cuenta que el par 1 tam#ién sufre modicaci!n.


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#$%a& "* e *

Para compro#ar los procesos de arranque y de frenado, y para seleccionar la velocidad del motor a utiliar, se necesita conocer la curva del par resistente de la máquina accionada par de carga, en dependencia de la velocidad de rotaci!n. %as formas #ásicas representativas de los pares resistentes se reproducen en la gura inferior iquierda. En la gura inferior derec(a se muestra el curso correspondiente de la potencia necesaria.

:. Par resistente prácticamente constante, potencia proporcional a la velocidad de rotaci!n. Se esta#lece normalmente, en mecanismos elevadores, #om#as y compresores de ém#olo que impulsen venciendo una presi!n constante, laminadores, cintas transportadoras, molinos sin efecto ventilador, máquinas (erramientas con fuera de corte constante, ;. El par resistente crece proporcionalmente con la velocidad de rotaci!n y la potencia aumenta proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad. <. El par resistente crece proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad de rotaci!n, y la potencia con el cu#o de la velocidad de rotaci!n. ige normalmente para #om#as centrífugas, ventiladores y soplantes centrífugos, máquinas de ém#olo que alimenten una red de tu#erías a#iertas, 5. El par resistente decrece en proporci!n inversa con la velocidad de rotaci!n, permaneciendo constante la potencia, Solamente se considerará este caso para procesos de regulaci!n, presentándose en los tornos y máquinas (erramientas similares, máquinas #o#inadoras y descorteadoras.


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Arranque Directo

Arranque Directo 7Diarama de funcionamiento8

#$%a& " e *


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Arranque Directo con 9n$ersión 7Diarama de funcionamiento8


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Arranque .strella:Triánulo

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Diarama de funcionamiento

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Arranque por resistencias e statóricas

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Arranque por Resistencias R otóricas Arranque manual

Arranque con contactores 7más in$ersión de iro8

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Arranque por Autotransformador


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2-@ &3a. *ng. Electr!nica 3QD2*@/S E *@S-/%/1*F@ES *@S-/%/1*F@ES E%M1-*1/S Hoja' 5; de =<

#$%a& *+ e *

2@*0/0 @> <

;ariación de ;elocidad d e los M otores A síncronos Se puede variar la velocidad del motor actuando so#re alguna de las varia#les de las que depende'


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Motor Asíncrono M onofásico Para aplicaciones de muy #aja potencia de (asta : 1R se usan este tipo de motores de inducci!n. En ellos, el estator se alimenta con una ?nica tensi!n, por lo que no es posi#le generar un campo magnético giratorio consiguiéndose tan s!lo, un campo pulsante, como ya (emos visto en los conceptos previos. El arrollamiento del estator engendra dos conjuntos de polos cticios que giran en sentido inverso a la velocidad angular

4p -eorema de 3aurice6%e#lanc. %lamemos polos concordantes a los que giran en el mismo sentido que el rotor, y polos inversos a los que giran en sentido inverso. Por una parte los polos concordantes, y por otra los polos inversos, ejercen so#re el rotor pares opuestos. Sumando

1 de sde#idos alge#raicamente las ordenadas de las curvas los pares a am#os polos, o#tenemos la característic 1 s del motor'

En el arranque, rotor parado, los dos pares son iguales pero de sentido contrario. %uego el motor monofásico no arranca por si solo. Si por cualquier procedimiento se ayudara a girar el rotor en un sentido, aparecerá inmediatamente un par que si es superior al par resistente pondrá en funcionamiento la máquina.

Motor Asíncrono M onofásico/ Arranque Para el arranque se crea un campo giratorio #ifásico, aproximadamente, disponiendo dos devanados dispuestos formando un ángulo de B8T, y (aciendo que las corrientes pasan por ellos estén desfasadas B8T.

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e

* que


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%a aplicaci!n del -eorema %e#lanc ice de 6 3aur ver conceptos preliminares, nos da como resultado un campo H y pulsaci!n' detensidad in constante


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Para conseguir este campo, se utilian dos recursos'

M!todo de Fase Partida< Se emplea un arrollamiento auxiliar, colocado en el estator, con un desplaamiento adecuado respecto al arrollamiento principal, con o#jeto de (acer en el arranque una especie de campo giratorio #ifásico. Para conseguir que las corrientes que pasen por esos devanados estén desfasadas del orden de B8 grados eléctricos, se utilian dos recursos' a8 En este motor se sit?an en el estator dos devanados desfasados B8T eléctricos en el

espacio seg?n la siguiente gura. El primer devanado, denominado principal cu#re el ;4< de las ranuras y tiene gran reactancia y #aja resistencia, mientras que el otro denominado auxiliar, cu#re el resto del estator y tiene gran resistencia y #aja reactancia, de tal forma que esta en serie con un interruptor centrífugo situado en el eje del motor.

2 e *,/ en virtud de la mayor reactancia del El ángulo formado2por e *P es superio r al que existe entre devanado principal. En la práctica que el ángulo forman las corrientes es pr!ximo a los <8T, y como arrollamientos están desfasados B8T en el espacio, resulta un campo giratorio de

*

*

naturalea elíptica de#ido a que los m!dulos de / e P no son iguales y forman entre sí B8T , este campo giratorio produce el despegue del motor, y cuando la velocidad del rotor alcana un valor del orden del 78A de nominal, el interruptor centrífugo desconecta el devanado auxiliar que al estar realiado con un (ilo delgado no es capa de soportar un funcionamiento continuo b8 /$adir al devanado secundario un condensador en serie, con ello se logra que la corriente que pase por la rama principal y por esta ?ltima queden desfasados casi B8T. 2na ve arrancado el motor se puede desconectar el condensador con un interruptor centrífugo montado en el eje, por ejemplo.


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M!todo de .spira de %ombra El método de la espira de som#ra, se usa para los motores muy peque$os, 1onsiste en utiliar un estator con polos salientes. 1ada polo saliente se divide en dos partes, y en una de ellas se coloca una #o#ina conductora que lo a#raa. Por esas #o#inas, cuando el "ujo que pasa por ella varíe, aparecerán sendas corrientes que crearán otros tantos campos magnéticos, de#ilitando al "ujo que los crearon oponiéndose a ellos. 0e esta forma se consigue de#ilitar el campo magnético en los polos som#reados cuando el campo está creciendo, y aguantar la magnitud del campo cuando éste está disminuyendo. El efecto total es que se tiene dos campos magnéticos pulsantes no están desplaados en el espacio B8 grados como muc(o 5= grados, pero su efecto conjunto es la creaci!n de un dé#il campo giratorio que posi#ilite el arranque del motor.


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Reamos las diferentes fases del "ujo resultante para conocer la polaridad de las corrientes inducidas en la espira de som#ra, recuerda la %ey de %en'

Se crea pues, un campo magnético giratorio tal como se muestra en la siguiente gura'


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.l Motor %íncrono

Principio d e funcionamiento

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Campo Man!tico del .stator

"rá0cos d el Motor en ;acío 6 e n Cara Motor en $acío Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motri y se alimenta su estator mediante un sistema trifásico de 1./. se genera en el estator un campo magnético giratorio, cuya velocidad sa#emos que es @ C8.f 4p. Si en estas circunstancias, con el rotor parado se alimenta el devanado del mismo con 1.1. se produce un campo magnético rot!rico jo, delante del cual pasa el campo magnético del estator. %os polos del rotor están sometidos a(ora a atracciones y repulsiones, en #reves periodos de tiempo, por parte de los polos del estator, pero el rotor no consigue girar, a lo sumo vi#rará. Pero si llevamos el rotor a la velocidad de sincronismo, (aciéndole girar mediante un motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se esta#lece un enganc(e magnético que les o#liga a seguir girando juntos, pudiéndose retirar el motor auxiliar.

Motor en cara 2na ve que se produca la conexi!n del motor a la red, se produce un desplaamiento  d4p  del eje de los polos del rotor respecto de los polos cticios del estator, que aumenta con la carga del motor, y tal que si este desplaamiento supera un límite el motor se para ver más de#ajo Jesta#ilidad del motorJ.


Resumen

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Circuito e qui$alente< Diarama de Blondel /l conectar el motor síncrono a la red, el estator se comporta como el primario de un transformador

Diarama de Blondel El diagrama de +londel supone que % es cte. para todos los regímenes de funcionamiento y el alternador es de polos lisos.

Diarama simpli0cado de Blondel

Cur$as e n ; 7 de Morde68 El motor síncrono para una misma potencia P , tal como vemos en la gráca, puede a#sor#er una corriente varia#le * seg?n su excitaci!n. El motor su#excitado a#sor#e potencia reactiva 

D

El motor so#reexcitado suministra potencia reactiva 

%



D 1




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Esta propiedad se traduce grácamente en una serie de cur$as en ; de Morde6< 1ada una de ellas da para una potencia /til constante, la variaci!n de la corriente a#sor#ida * en funci!n de la corriente de excitaci!n

Potencia 6

* ex

.

par del motor

Hemos visto que la potencia de una máquina síncrona, por fase= viene dada por la f!rmula'

P UTN FRMza. (Ing. Electrónica)

ER .2. sen Pmaxsen KS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS MÁQUINAS

3

P4

13

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C8.P ;. .@S

Porotraparte,el parno es funci!nde la velocidad, puesesta permanece cte., velocidad de sincronismo, independientemente de la carga, a no ser que se supere el máximo par posi#le en el motor y entones se sale del sincronismo y se para.

I como'

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13.

1

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APUNTES_MAQUINAS_ELECTRICAS-_U_3_v1.1

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