UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL TEMA: Principios de funcionamiento de Motores de Inducción CATEDRATICO: Ing. NILO ORTEGA ESTUDIANTE: LEWIS LAÑON. FECHA DE ENTREGA: 05/03/2010. ASIGNATURA: MAQUINAS ELECTRICAS II.
CONTENIDO Introducción Principios de Construcción y funcionamiento Deslizamiento y velocidad del motor Torque. Voltaje inducido en el rotor Característica de funcionamiento en vacio y a
rotor bloqueado y plena carga. Cambio de resistencia en el rotor. Torque y potencia por el rotor del motor.
INTRODUCCIÓN
Se llama máquina de inducción o asincrónica a una máquina de corriente alterna, en la cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del estator y depende de la carga. La máquina asincrónica tiene la propiedad de ser reversible, es decir, puede funcionar como motor y como generador.
El motor de inducción es el motor mas utilizado en la industria y electrodomésticos de gran potencia Esto se debe a su robustez, y su fácil construcción y mantenimiento. Pero estos motores también tiene algunas desventajas.
MOTOR ASINCRONO
ROTOR
ROTORICA
PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN Jaula de ardilla
Bobinado
VENTILADOR
Barras cortocircuitados en sus extremos mediante dos anillos conductores, al circula corriente por las barras y se genera un campo magnético rotatorio en el rotor capaz de variar el torque de arranque, la corrientes y el rendimiento, disminuyendo o aumentando la resistencia del rotor, por medio de resistencias externas,
PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN
ESTATORICA
CARCASA NUCLEO BOBINAS
BORNERA
Es el elemento en donde se encuentra alojado todos los demás elementos del motor. Deben ser laminados y de menor reluctancia posible Se conectan en triangulo o en estrella, al alimentarlo a la red induce un campo magnético giratorio, con cuya velocidad sincrónica Es por donde alimentamos las bobinas des estator, y nos permite conectarlos en Y o en Δ
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
.
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. Esta a la misma induce un voltaje en el rotor, este voltaje inducido y las corrientes parasitas consecuentes producen un campo magnetico que tiende a oponerse a las fuerzas o movimientos que produjo el voltaje inducido. Permitiendo que el rotor gire a la misma direccion de la velocidad síncrona pero a menor rpm o rad/seg. Donde la velocidad síncrona (Ns)= 120*f/#p. Donde. #P= numero de polos, y f= frecuencia. Por lo que podemos decir que la Ns máxima de un motor que trabaja con una frecuencia de 50 Herz es de 3600 rpm.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO 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 reloj si los devanados de las fases A,B, y C fueron conectados correctamente a sus respectivas fases a, b y c. Pero se puede cambiar el sentido de giro del rotor con tan solo cambiar dos de las tres fases.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 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. Entre mas números de polos menor Ns
D E S L IZ A M IE N T O D E L M O T O R 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. La diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo giratorio se conoce como deslizamiento 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 = deslizamiento =
Ns − Nr x 100 Ns
s = deslizamiento =
Ns − Nr Ns
Esto es en porcentaje = 100% Esto es por unidad = 1
EL DESLIZAMIENTO INFLUYE EN: La corriente, voltaje y frecuencia en el rotor y en la velocidad del rotor. La frecuencia del rotor también es una función del deslizamiento.
En términos de s la velocidad del rotor se define ) N s rla/ minsiguiente N r = (1 − spor ecuación
El voltaje inducido en el rotor es función del voltaje máximo (rotor bloqueado Erb) y el deslizamiento, como podemos analizar que tan solo en rotor bloqueado el Elinea= Er por que en el s es ese momento es 1 debido a r que no existe Nr.
fR = s x f
E = sErb
La corriente también es función del deslizamiento debido a la frecuencia por que Xlr= 2πfL entonces. La formula de I es.
Ir = ( s * E r) /(R r + s * X lr)
TORQUE DEL MOTOR El par que desarrolla cada conductor individual en reposo se puede expresar en términos del flujo o corrientes (produciendo el flujo) en el estator rotor. Por la siguiente formula. T=K ø Ir cosØr donde: K= a una constante de par para el numero de polos, devanado. ø= el flujo que produce cada polo unitario del campo magnetico rotatorio que enlaza al conductor del rotor. Ir cos Ør es la componente de corriente en el rotor que esta en fase con ø También la impedancia del rotor es igual a: Zlr =Rr + j Xlr= Y le cosØr = Rr /Xlr. Mientras que la corriente en el rotor en reposo es: Ir= Er /Zlr = Er / Por lo tanto el par de arranque que desarrolla el rotor de un motor de inducción en reposo es: T=K ø Ir cosØr = Slide 12
TORQUE DEL MOTOR Debido a que el rotor esta bloqueado y se induce en el voltaje por acción de transformación, Eres proporcionalmente a ø el cual a su ves es proporcionalmente al voltaje aplicado a la línea por lo que la ecuación anterior se puede simplificar a: T= Pero para un motor de jaula de ardilla con una impedancia constante, Rr y Xlr podemos agruparlo como una nueva constante asi; Quedadnos un par de arranque en reposo de.
Esta ecuación establece que cualquier motor de inducción que no permita variación de Rr por medios externos. El par de arranque únicamente es función del voltaje aplicado al devanado del estator. Si se reduce el voltaje aplicado a al mitad, el par de arranquese reducirá una cuarta parte.
TORQUE DE ARRANQUE DEL MOTOR Podemos darnos cuenta que el T arr. de un motor de inducción es generalmente mas grande que el torque nominal. Una vez que se desarrolla el par de arranque. La frecuencia, la reactancia y el voltaje inducido en el rotor disminuyen debido a que el deslizamiento es directamente proporcional para ellos. Como disminuye Er también disminuye Ir. Pero aumenta el factor de potencia compensando así para obtener un par de máximo arranque. Para cualquier deslizamiento dado la corriente del rotor es.
Y:
CARACTERISTICAS EN VACIO Y A ROTOR BLOQUEADO A rotor bloqueado. No existe Nr, por lo que el deslizamiento es el 100% es decir 1, siendo s 1 el voltaje de entrada será el mismo voltaje el rotor por la siguiente formula: Er=s*El = 1*El: donde Er=El Igualmente la frecuencia, la corriente serán las mismas, por que cumple las siguientes condiciones en sus respectivas formulas antes ya estudiadas como s=1 si dividimos o multiplicamos no se alteran dichas formulas. Es síntesis. Ir= I y fr=f. En vacio. El deslizamiento es muy pequeño, por lo tanto la corriente del rotor es muy pequeña solamente la suficiente para vencer el par sin carga. Mientras que el Nr, será máxima, a mantendrá un bajo factor de potencia.
CARACTERISTICAS EN VACIO Y A PLENA CARGA Desde vacio se va aplicando carga mecánica al rotor, la Nr disminuye y ese efecto produce un aumento del deslizamiento que puede ir de vacio 0.01 a 0.06 a plena carga. También aumenta la frecuencia y de la reactancia del rotor y en la fem. Mejorando así el factor de potencia Cumpliéndose así las condiciones de las ecuaciones anteriores. En plena carga: La Nr es la nominal es decir la máxima velocidad rotórica la misma que vienen en las placas de los motores, Igualmente la corriente, el factor de potencia y el deslizamiento serán la nominales.
TORQUE DEL MOTOR PARA CUALQUIER DESLIZAMIENTO El torque para cualquier deslizamiento es .
Pero como el voltaje Er a rotor bloqueado, en reposo es directamente proporcional a ø se puede expresar este par como.
El par máximo se obtiene cando el deslizamiento critico es Sb=Rr/Xlr pero como sabemos que es proporcionalmente a por lo tanto el par de arranque en un motor de inducción se puede desarrollar con la siguiente ecuación:
CAMBIO DE RESISTENCIAS DE UN MOTOR Este proceso se realiza con los motores de inducción de rotor bobinado debido a que sus terminales de las bobinas del rotos, por medio de unos anillos rozantes se los acopla en unas borneras en el estator, permitiéndonos así poder acoplar resistencias externas para aumentar la resistencia rotórica del motor. Esto nos permite disminuir la corriente del rotor y mejorar el factor de potencia el mismo que aumenta con mayor rapidez que la disminución de la corriente. Y también mejora el torque de arranque del motor. Como sabemos que la formula del torque de arranque es; T=K ø Ir cosØr la corriente disminuye pero el factor de potencia mejora compensando de esa manera el mejoramiento del par de arranque, pero disminuye la Nr, comprobando l ecuación donde se dice que el torque es inversamente proporcional al Nr : T= P/Nr. Como ya vimos antes que el torque de arranque es: Se dice que el motor en el momento de arrancar el deslizamiento es la unidad. Al instante de arrancar dicho par no esta afectado por la naturaleza de la carga que se aplica, suponiendo que es constante el voltaje aplicado al estator, el par de arranque que se desarrolla solo lo determinan las resistencias y reactancias, por lo que:
CAMBIO DE RESISTENCIAS DE UN MOTOR
Si se introduce una Rx variable con la del rotor se puede formular para el par de arranque del este modo:
Entonces el factor de potencia se puede expresar de la siguiente manera:
GRACIAS
