Instituto Tecnológico De Mérida: Investigación unidad 3

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

1Aplicaciones de motores de jaula de ardilla y rotor bobinado

Investigación unidad 3

Victor Emmanuel Canche Angulo Abril 2016.

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Resumen.

En esta investigación se estudiara dos de los más imortantes motores de inducción tri!ásicos" el de rotor tio #aula de ardilla $ el de rotor bobinado. En los motores de inducción con rotor de #aula de ardilla" el rotor está !ormado %or un blo&ue laminar de n'cleo de rotor cil(ndrico $ ranurado rovisto de barras )e aluminio unidas or delante con anillas ara !ormar una #aula cerrada $ *os motores de rotor bobinado tienen el mismo estator &ue los de #aula de ardilla" ero el rotor lleva un devanado tri!ásico tambi+n" de cobre o aluminio" contado en estrella or uno de los e,tremos" $ los otros van unidos a un anillo cada uno" montados sobre una base aislante" dando lugar a un colector de anillos. -obre los anillos ao$an las escobillas ara sacar estos terminales al e,terior $ llevarlos a la laca de bornes o laca de cone,ión. Igualmente se estudiara las caracter(sticas $ alicaciones de ambos e&uios" venta#as $ desventa#as de la utiliación de los motores de #aula de ardilla" as( mismo como el criterio ara la utiliación del motor correcto seg'n las necesidades.


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Tabla de Contenidos

Ca(tulo 1............................................................................................................................./ motor de rotor de #aula de ardilla...................................................................................../ motor de rotor bobinado.................................................................................................. Ca(tulo 2............................................................................................................................. caracteristicas demotores tio #aula de ardilla................................................................. Alicaciones de los motores de inducción rotor tio #aula de ardilla $ rotor bobinado. .........................................................................................................................................4 Ca(tulo 3...........................................................................................................................11 Venta#as $ desventa#as del motor de rotor tio #aula de ardilla .........................................11 A+ndice.............................................................................................................................. Vita.......................................................................................................................................4


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Capítulo 1 motor de rotor jaula de ardilla

El motor de rotor de #aula de ardilla" tambi+n llamado de rotor en cortocircuito" es el más sencillo $ el más utiliado actualmente. En n'cleo del rotor está construido de chaas estamadas de acero al silicio en el interior de las cuales se disonen unas barras" generalmente de aluminio moldeado a resión. *as barras del devanado van conectadas a unos anillos conductores denominados anillos e,tremos. El bobinado as( disuesto tiene !orma de #aula de ardilla.

Imagen ilustrativa de un rotor #aula de ardilla *as ranuras del rotor $ suelen hacerse oblicuas resecto al e#e ara evitar as( untos muertos en la inducción electromagn+tica. 5n inconveniente de los motores con rotor de #aula de ardilla es &ue en el arran&ue absorbe una corriente mu$ intensa de / a  veces la nominal o asignada" $ lo hace además con un ba#o !actor de otencia" $ a esar de ello" el ar de arran&ue suele ser ba#o. *a ba#a resistencia del rotor hace &ue los motores de #aula de ardilla tengan e,celentes caracter(sticas ara marchas a velocidad constante.


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Motor de rotor bobinado

*os motores de rotor bobinado tienen el mismo estator &ue los de #aula de ardilla" ero el rotor lleva un devanado tri!ásico tambi+n" de cobre o aluminio" contado en estrella or uno de los e,tremos" $ los otros van unidos a un anillo cada uno" montados sobre una base aislante" dando lugar a un colector de anillos. A estos motores se les conoce con los nombres de motores tri!ásicos de rotor bobinado" de anillos roantes o de colector de anillos. -obre los anillos ao$an las escobillas ara sacar estos terminales al e,terior $ llevarlos a la laca de bornes o laca de cone,ión. *as letras normaliadas ara estos e,tremos son u" v" " ero siemre con min'sculas ara no con!undirlas con las del estator. El motor de rotor bobinado tiene la gran venta#a de &ue" mediante un reóstato e,terior" se uede regular la resistencia del inducido" $ as( !acilitando un control de la velocidad $ corriente de arran&ue con un elevado ar de arran&ue $ un me#or !actor de otencia &ue con el rotor en #aula de ardilla


Imagen reresentativa de un rotor bobinado

Construcción de un motor de rotor bobinado

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Capítulo 2 Características de motores tipo jaula de ardilla.

*as caracter(sticas de !uncionamiento son una resentación grá!ica del comortamiento )e7 8 *a velocidad 8 *a corriente 8 El !actor de otencia 8 *a otencia 8 El rendimiento 8 El desliamiento en !unción de la carga. Com ortamiento de un motor de inducción t( ico

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n7 *a velocidad n sólo disminu$e ligeramente con!orme aumenta la carga. %or consiguiente" los motores de #aula de ardilla estándar tienen unas características de velocidad "rígidas". -7 El deslizamiento s aumenta más o menos roorcionalmente con el incremento de la

carga. Cosϕ7 El factor de potencia cosϕ deende en gran medida de la carga $ normalmente alcana su má,imo durante la sobrecarga. En el r+gimen de carga arcial" es relativamente des!avorable" $a &ue" incluso con cargas arciales" la magnetiación es rácticamente constante. 97 El rendimiento 9 muestra una caracter(stica relativamente plana $ es rácticamente constante or encima de la media:carga. -uele alcanar su má,imo cuando está or deba#o de la otencia de r+gimen %n. I7 *a intensidad I aumenta proporcionalmente comenando más o menos a media:carga. %or deba#o de la media:carga" la corriente disminu$e sólo ligeramente hasta convertirse en la corriente de carga nula I; magnetiación constante. %7 *a potencia %1 aumenta más o menos en roorción con el inicio de carga comenando en la otencia de carga nula. En el r+gimen de sobrecarga" la otencia aumenta algo más derisa" $a &ue las +rdidas tambi+n se incrementan con más raide. )ado &ue el rendimiento 9 $ el !actor de otencia cosϕ ueden tener un e!ecto imortante sobre la e!icacia económica de un motor" es mu$ imortante saber cuáles son los valores de la carga arcial. Ambos valores determinan el rendimiento económico del !uncionamiento. En el r+gimen de carga arcial" los dos valores disminu$en. Además" el


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!actor de otencia cosϕ de los motores de velocidad ba#a es in!erior al de los motores de velocidad elevada. %or consiguiente" los motores de velocidad alta $ dimensionamiento reciso no sólo resultan más baratos al comrarlos" sino tambi+n al utiliarlos.

Aplicaciones de los motores de inducción (rotor tipo jaula de ardilla y rotor bobinado)

En la ingenier(a de alicación de motores es com'n" $ en muchos casos rácticos" comarar las e,igencias de la carga con las caracter(sticas del motor. *os motores de inducción" de #aula de ardilla o de anillos roantes rotor bobinado" de ba#a $ media tensión" tienen un camo de alicación vasto" $ esecialmente en los sectores de sider'rgica" miner(a" ael $ celulosa" saneamiento" &u(mico $ etro&u(mico" $ cemento entre otros. *a selección del tio adecuado de motor" con resecto al tio" ar" !actor de otencia" rendimiento $ elevación de temeratura" aislación" tensión $ grado de rotección mecánica" sólo uede ser e!ectuada luego de un análisis cuidadoso de las necesidades ara el emleo del motor" El motor de rotor tio de #aula de ardilla es el más emleado en cual&uier alicación industrial debido a su construcción robusta $ simle" aarte de ser la solución más económica" tanto en t+rminos de motores como de comando $ rotección en cuanto al motor de rotor bobinado el costo es más elevado &ue el del motor de #aula de ardilla" la alicación de los motores de anillos roantes es necesaria ara arran&ues esados inercia alta" movimientos con velocidad a#ustable o cuando es necesario limitar la corriente de arran&ue manteniendo un ar de arran&ue alto.

Comaración entre los di!erentes tios de motores


%ara la selección correcta de los motores es imortante considerar las caracter(sticas t+cnicas de la alicación $ las caracter(sticas de la carga" en lo &ue se re!iere a asectos mecánicos ara calcular7 1. Par de arranque 2. Par de aceleración 3. Par nominal /. Características de la red de alimentación . Características del ambiente 6. Características constructivas

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=u(a de selección del tio de motor ara di!erentes cargas.

Capítulo 3 entajas y des!entajas del motor de rotor tipo jaula de ardilla.

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Ventajas:

1. Al no tener ni escobillas ni colector" los 'nicos elementos de la má&uina sometidos a !ricción $ desgaste mecánico son los co#inetes. 2. >o tiene roblemas de estabilidad al someterlo a variaciones bruscas de carga el s(ncrono od(a llegar a ararse. 3. -u uesta en marcha es más sencilla &ue la de las má&uinas s(ncronas" $a &ue desde &ue el rotor emiea a girar hasta &ue alcana el r+gimen ermanente" e,iste ar. /. *a má&uina as(ncrona de #aula de ardilla tiene una utiliación universal como motor en todos a&uellos accionamientos industriales &ue durante el !uncionamiento tienen una velocidad constante. En este camo no tiene cometencia $a &ue7 a. ?iene una construcción simle. b. Es de ba#o eso $ m(nimo volumen. c. Es barato $ robusto. d. El mantenimiento tambi+n es barato. Desventajas:

1. -u ma$or inconveniente es &ue su velocidad" aun&ue no r(gidamente" como en los s(ncronos" de hecho si está rácticamente ligada a la velocidad del camo magn+tico giratorio si se desea &ue !uncionen con buen rendimiento. %or ello" ara variar de !orma continua su velocidad en un amlio margen $ alto rendimiento" ha$ &ue modi!icar la !recuencia de alimentación igual &ue en los


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s(ncrono" lo &ue imlica la ad&uisición de e&uios electrónicos relativamente caros.

Criterio para la elección de tipos de motores el"ctricos #$%T&' &&C&A -iemre &ue se tiene la necesidad de ad&uirir un motor" ha$ &ue hacer antes los siguientes cuestionamientos7 @Es una instalación nueva o e,istente @Cuáles son las condiciones de la red el+ctrica @Cuál es la carga &ue el motor va a accionar @Cuáles son las condiciones medioambientales @Cuál va a ser el tiemo de recueración de la inversión @Bu+ tio de normas debe cumlir el motor @Cómo va a ser hecho el arran&ue del motor ;bviamente @Cuáles son las caracter(sticas de otencia $ velocidad re&ueridas del motor A% *RMA% E,isten dos normas ba#o las cuales se !abrican los motores. IEC Comisión Electrot+cnica Internacional &ue es acogida or la gran ma$or(a de a(ses $ esecialmente los euroeos >EA Asociación >acional de Dabricantes de E&uios El+ctricos. Es una norma nacional de Estados 5nidos" ero es com'n en muchos a(ses. a$ varias di!erencias en la construcción deendiendo de la norma" ero lo más signi!icativo es &ue mientras &ue las dimensiones seg'n IEC son en mil(metros" seg'n >EA son en ulgadas. %or esta raón" la intercambiabilidad no es inmediata. $ +#AR ,$ &%TAAC&'. %or norma" todos los motores están diseFados ara oerar en un ambiente con temeratura no suerior a /0 GC $ en una altura no suerior a 1000 metros sobre el nivel del mar. *a instalación en cual&uier ambiente or encima de estas condiciones hará &ue el motor deba ser oerado a una carga menor de la nominal. Cortamente" esto sucede or&ue las roiedades re!rigerantes disminu$en. *a vida 'til de un motor está rincialmente en su devanado. -i la re!rigeración es insu!iciente" el devanado se debilita $ su!re daFos severos. A CAR#A *a carga es la &ue de!ine la otencia $ velocidad del motor. En la gran ma$or(a de alicaciones" el motor #aula de ardilla uede atender cual&uier carga en su e#e" ero es


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conveniente hacer un estudio detallado de cuál será el momento de inercia" la curva %ar: Velocidad de la carga. Estos untos nos a$udan a de!inir cómo será el comortamiento dinámico del motor con su má&uina de traba#o $ cuáles serán los tiemos de arran&ue. $ ARRA-+$ 5no de los momentos más cr(ticos ara el motor" la red $ la carga es el arran&ue. %or sus caracter(sticas roias" el motor #aula de ardilla consume durante el arran&ue una corriente &ue uede oscilar entre  $ 4 veces la corriente nominal. El arran&ue es el eriodo en el &ue el motor hace la transición desde su estado de reoso hasta su velocidad de r+gimen.

E,isten los siguientes tios de arran&ue7 1. )irecto. El motor tendrá una corriente de arran&ue normal hasta ocho veces la corriente nominal $ un ar de arran&ue normal. 2. Estrella:?riángulo. *a corriente $ el tor&ue se reducen a la tercera arte hasta tres veces la corriente nominal. 3. %or Autotrans!ormador. El autotrans!ormador es !abricado ara entregar al motor una tensión menor de la nominal. Esta tensión uede estar entre el 30H $ el 0H deendiendo de la alicación. *a corriente $ el tor&ue variarán en roorción cuadrática a la tensión de alimentación. /. Arran&ue electrónico suave. En este m+todo" el arrancador alimenta el motor con una tensión reducida $ gradualmente aumenta la tensión hasta la tensión de r+gimen. El comortamiento inicial de la corriente $ el tor&ue será id+ntico al m+todo 3" ero el comortamiento durante todo el eriodo de transición deenderá de la manera como el arrancador suave sea controlado. . Variador de velocidad o variador de !recuencia. ediante este m+todo" se logra limitar la corriente de arran&ue a valores de hasta dos veces la corriente nominal" mientras se obtiene un tor&ue de arran&ue adecuado ara cual&uier alicación. *T$C&A / $0&C&$C&A ,$ M*T*R En cortas alabras" un motor el+ctrico es una má&uina &ue trans!orma otencia el+ctrica tomada de la red en otencia energ(a mecánica en el e#e.

*a otencia el+ctrica obedece a la siguiente relación %  J3 K V K I K Cos L )onde7 %7 %otencia en MN V7 Volta#e o tensión en voltios I7 corriente en amerios Cos L7 Dactor de otencia


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*a otencia mecánica obedece a la siguiente relación %  ? K n O <0 )onde7 %7 %otencia en MN ?7 tor&ue en >m El tor&ue es la caacidad del motor de hacer girar cargas. n7 velocidad en rm ?oda má&uina consume más otencia de la &ue entrega" or lo &ue es imortante &ue consideremos el t+rmino de eiciencia. *a otencia &ue el motor consume $ no convierte en otencia de salida son +rdidas. *a e!iciencia o rendimiento es una medida de &u+ tanto deserdicia una má&uina. *a e!iciencia se calcula seg'n la siguiente relación 9  %s O %e )onde7 %s es la otencia de salida" en este caso otencia en el e#e %e es la otencia de entrada" en este caso otencia el+ctrica )e esta !orma" entre ma$or e!iciencia" menor deserdicio $ consecuentemente menores costos de oeración. Contrariamente" entre menor e!iciencia" ma$or deserdicio $ ma$ores costos.


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ista de reerencias

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