Aspectos constructivos: {soldadas -...

$: Aspectos constructivos: {soldadas - energiaingenieros.comenergiaingenieros.com/files/maq_elec/MAQUINAS 2-2.pdf · el estator de un motor asÍncrono estÁ formado por 3 devanados separados$
1

Aspectos constructivos: Aspectos constructivos: generalidadesgeneralidades

Aspectos constructivos: Aspectos constructivos: generalidadesgeneralidades

CIRCUITOS CIRCUITOS MAGNÉTICOSMAGNÉTICOSCIRCUITOS CIRCUITOS MAGNÉTICOSMAGNÉTICOS

Conjunto de chapas de Conjunto de chapas de Fe aleado con Si Fe aleado con Si

aisladasaisladas y apiladasy apiladas

Conjunto de chapas de Conjunto de chapas de Fe aleado con Si Fe aleado con Si

aisladasaisladas y apiladasy apiladas

ROTORROTORROTORROTORConjunto de Conjunto de espiras en espiras en

cortocircuitocortocircuito

Conjunto de Conjunto de espiras en espiras en

cortocircuitocortocircuito

De jaula de De jaula de ardillaardilla

De jaula de De jaula de ardillaardilla

BobinadoBobinadoBobinadoBobinadoDe Al De Al

fundidofundidoDe Al De Al

fundidofundido

De barras De barras soldadassoldadasDe barras De barras soldadassoldadas

ESTATORESTATORESTATORESTATORDevanado Devanado trifásico trifásico

distribuido en distribuido en ranuras a 120ºranuras a 120º

Devanado Devanado trifásico trifásico

distribuido en distribuido en ranuras a 120ºranuras a 120º

Aleatorio: de hilo Aleatorio: de hilo esmaltadoesmaltado

Aleatorio: de hilo Aleatorio: de hilo esmaltadoesmaltado

PreformadoPreformadoPreformadoPreformado

2

Aspecto físico : motores de BTAspecto físico : motores de BT

Catálogos comercialesCatálogos comerciales

3

Aspecto físico: formas Aspecto físico: formas constructivas normalizadasconstructivas normalizadas


4

V1 W1

W2 U2 V2

U1

U2

V1

V2

W1

W2

U1

U2

V1

V2

W1

W2

Pletina de cobre

Devanados del motor

U1 V1 W1

W2

U2 V2

Caja de conexiones

Conexión en estrella

Conexión en triángulo

U1

Conexión de los devanadosConexión de los devanados

CajasCajas dede terminalesterminalesCatálogos comercialesCatálogos comerciales

Cabezas deCabezas debobinabobina

RefuerzosRefuerzoscarcasacarcasa

Fijación Fijación cojinetescojinetes

Refuerzos rotorRefuerzos rotor

Núcleo Núcleo magnético rotormagnético rotor

Núcleo Núcleo magnético magnético estatorestator

Despiece de un motor de MTDespiece de un motor de MTCatálogos comercialesCatálogos comerciales

6

Despiece de un motor de BT


7

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

EL ESTATOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO POR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO POR 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL ESPACIO 120º. En la figura se ESPACIO 120º. En la figura se representa sólo una espira de representa sólo una espira de

cada uno de los devanados (RR’, cada uno de los devanados (RR’, SS’, TT’)SS’, TT’)

LOS 3 DEVANADOS ESTÁN LOS 3 DEVANADOS ESTÁN ALIMENTADOS MEDIANTE UN ALIMENTADOS MEDIANTE UN

SISTEMA TRIFÁSICO DE SISTEMA TRIFÁSICO DE TENSIONES. POR TANTO, LAS TENSIONES. POR TANTO, LAS

CORRIENTES QUE CIRCULAN POR CORRIENTES QUE CIRCULAN POR LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y

ESTÁN DESFASADAS 120ºESTÁN DESFASADAS 120º

)t(CosII maxR ⋅⋅= 1ϖϖϖϖ )t(CosII maxR ⋅⋅= 1ϖϖϖϖ)ºt(CosII maxS 1201 −⋅⋅= ϖϖϖϖ )ºt(CosII maxS 1201 −⋅⋅= ϖϖϖϖ)ºt(CosII maxT 1201 +⋅⋅= ϖϖϖϖ )ºt(CosII maxT 1201 +⋅⋅= ϖϖϖϖ

8

Campo magnético giratorioCampo magnético giratorio

9


F

Rotor

Estator

αααα

Sucesivas posicionesdel campo

Campogiratorio

Avancedel campo

Rotor

tP

f ⋅⋅ ππππ2

SN

NS

El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es un El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es un campo que gira en el espacio a campo que gira en el espacio a 120*f/P 120*f/P RPMRPM. Donde . Donde PP es el es el

número de polos del estator (depende de la forma de conexión de las número de polos del estator (depende de la forma de conexión de las bobinas que lo forman) y bobinas que lo forman) y ff la frecuencia de alimentación.la frecuencia de alimentación.

Velocidad deVelocidad desincronismosincronismoP

fNS

⋅=120

10

Máquina de inducciónMáquina de inducción

Se le llama máquina de inducción, porque las tensiones y corrientes que aparecen en el rotor son producto de la inducción magnética generada por el campo magnético giratorio del estator.

11

Principio de funcionamiento: Principio de funcionamiento: simulaciónsimulación

T=0.340 s T=0.352 s T=0.370 s

12

Principio de funcionamiento: Principio de funcionamiento: simulaciónsimulación

MOTOR DE 2 MOTOR DE 2 PARES PARES

DE POLOSDE POLOS

MOTOR DE 2 MOTOR DE 2 PARES PARES

DE POLOSDE POLOS

T=1 S T=1,015 S

13

Corrientes inducidasCorrientes inducidas El campo magnético resultante del estator y el rotor cambian continuamente.

El rotor de la jaula de la ardilla se convierte en un electroimán con polos alternados norte y del sur.

14

Motor Motor asíncronoasíncrono

EstatorEstator

RotorRotor

Devanado trifásico a 120º alimentadoDevanado trifásico a 120º alimentadocon sistema trifásico de tensionescon sistema trifásico de tensiones

Espiras en cortocircuitoEspiras en cortocircuito

SistemaSistemaTrifásicoTrifásico

Devanado trifásicoDevanado trifásicoa 120ºa 120º

Campo giratorio 120f/PCampo giratorio 120f/P

FEM inducidaFEM inducidapor el campopor el campo

giratorio en las giratorio en las espiras del rotorespiras del rotor

Espiras en cortoEspiras en cortosometidas a tensiónsometidas a tensión

Circulación deCirculación decorriente por lascorriente por lasespiras del rotorespiras del rotor

Ley de Biot Ley de Biot y Savarty Savart

Fuerza sobre lasFuerza sobre lasespiras del rotorespiras del rotor

Par sobrePar sobreel rotorel rotor

Giro de laGiro de laMáquinaMáquina


15

EL MOTOR ASÍNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDAD EL MOTOR ASÍNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDAD INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO

CONTRARIO CONTRARIO NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINAEL ROTOR DE LA MÁQUINA Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR

MOTORMOTOR


CUANDO TRABAJA EN VACÍO GIRA MUY PRÓXIMO A LA CUANDO TRABAJA EN VACÍO GIRA MUY PRÓXIMO A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES EL NECESARIO EL NECESARIO

PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS

16

Ventajas de los motores de Ventajas de los motores de induccióninducción

La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. NO HAY NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTESESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTES..

El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante.aislante.

Tienen par de arranque.Tienen par de arranque.

No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de la carga.la carga.

VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

Aumento delAumento delpar de cargapar de carga

Reducción de laReducción de lavelocidad de girovelocidad de giro

MayorMayorFEMFEM

Mayor corrienteMayor corrienterotorrotor

Mayor Mayor par motorpar motor

EstabilidadEstabilidad

17

Inconvenientes de los motores Inconvenientes de los motores de inducciónde inducción

La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho casos es necesario disponer procedimientos especiales de casos es necesario disponer procedimientos especiales de limitación de la corriente de arranque.limitación de la corriente de arranque.

La variación de su velocidad implica la variación de la frecuenLa variación de su velocidad implica la variación de la frecuen--cia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor cia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de frecuencia variable.frecuencia variable.

INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

EQUIPOEQUIPORECTIFICADORRECTIFICADORTRIFÁSICOTRIFÁSICO

EQUIPOEQUIPOINVERSORINVERSORTRIFÁSICOTRIFÁSICO

SISTEMASISTEMADEDE

FILTRADOFILTRADO33 FASESFASES5050 HzHz

3 FASES3 FASESf VARIABLEf VARIABLE

BUS DEBUS DECCCC

ONDA ESCALONADAONDA ESCALONADADE f VARIABLEDE f VARIABLE

18

Deslizamiento en las máquinas Deslizamiento en las máquinas asíncronasasíncronas

100⋅−=S

mS(%)Sωωωω

ωωωωωωωω100⋅−=

S

mS(%)Sωωωω

ωωωωωωωωSS

S

mSm N)S(N)

NNN

(N ⋅−=⋅−−= 11 SSS

mSm N)S(N)

NNN

(N ⋅−=⋅−−= 11

Sm )S( ωωωωωωωω ⋅−= 1 Sm )S( ωωωωωωωω ⋅−= 1

Velocidad Velocidad mecánica mecánica del rotordel rotor

mSdes NNN −= mSdes NNN −=

Velocidad de Velocidad de deslizamientodeslizamiento

100100 ⋅−=⋅=S

mS

S

des

NNN

NN

(%)S 100100 ⋅−=⋅=S

mS

S

des

NNN

NN

(%)S

DeslizamientoDeslizamiento

S=0 Velocidad de sincronismoS=0 Velocidad de sincronismoS=1 Rotor paradoS=1 Rotor parado

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES

MUY BAJOS DE S: S<5%MUY BAJOS DE S: S<5%

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES

MUY BAJOS DE S: S<5%MUY BAJOS DE S: S<5%

PPff

NNSS⋅⋅==120120

19

Frecuencia en el rotor de las Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronasmáquinas asíncronas

Frecuencia Frecuencia FEM inducidaFEM inducidaen el rotoren el rotor

En el límite:En el límite:SS→→→→→→→→1; N1; Nmm→→→→→→→→ 00

En el límite:En el límite:SS→→→→→→→→0; N0; Nmm→→→→→→→→ NNss

ffrotorrotor →→→→→→→→ ffestatorestator ffrotorrotor→→→→→→→→00

Aumento frecuencia Aumento frecuencia inducida rotorinducida rotor

Disminución frecuencia Disminución frecuencia inducida rotorinducida rotor

> velocidad relativa > velocidad relativa campo respecto rotorcampo respecto rotor

< velocidad relativa < velocidad relativa campo respecto rotorcampo respecto rotor

AumentoAumentovelocidad girovelocidad giro

Reducción Reducción velocidad girovelocidad giro

La misma que la velocidad La misma que la velocidad relativa del campo respecto relativa del campo respecto

al rotor (S)al rotor (S)

20

Frecuencia en el rotor de las Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronasmáquinas asíncronas

GIRO EN GIRO EN VACÍO: VACÍO: NNmm≅≅≅≅≅≅≅≅ NNSS

ffrotorrotor→→→→→→→→00

ROTOR ROTOR BLOQUEADO: BLOQUEADO:

NNmm=0=0ffrotorrotor→→→→→→→→ ffestatorestator estatorrotor fSf ⋅= estatorrotor fSf ⋅=

Para cualquier Para cualquier velocidad entre 0 y Nvelocidad entre 0 y NSS

estatorS

Srotor f

NNmN

f ⋅−= estatorS

Srotor f

NNmN

f ⋅−=PPff

NN estatorestatorSS

⋅⋅==120120

120120

NmNmNNPPff SS

rotorrotor−−⋅⋅==

21

Circuito equivalente de Circuito equivalente de la máquina asíncronala máquina asíncrona

[ ] 111 EIjXRU Ss +⋅+= [ ] 111 EIjXRU Ss +⋅+=

Xs Rs

U1 E1

I1

Xs Rs

U1 E1

I1

CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTEDEL ESTATOR PARA DEL ESTATOR PARA

CUALQUIER VELOCIDADCUALQUIER VELOCIDADDE GIRODE GIRO

ALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de redALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de red

ReactanciaReactanciadispersióndispersiónestatorestator

ResistenciaResistenciaestatorestator

ReactanciaReactanciamagnetizante magnetizante

estatorestator

EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE

CIRCUITO EQUIVALENTE CIRCUITO EQUIVALENTE ROTOR CON LA ROTOR CON LA

MÁQUINA BLOQUEADAMÁQUINA BLOQUEADA

ALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de redALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de red

XR RR

E2

IRbloq

XR RR

E2

IRbloqReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor

ResistenciaResistenciarotorrotor

ReactanciaReactanciamagnetizante magnetizante rotorrotor

EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE

CON ROTOR BLOCON ROTOR BLO--QUEADO: QUEADO:

ffrotorrotor=f=festatorestator

CON ROTOR BLOCON ROTOR BLO--QUEADO: QUEADO:

ffrotorrotor=f=festatorestator

[ ] bloqRRR IjXRE ⋅+=2 [ ] bloqRRR IjXRE ⋅+=2

22

LA FEM INDUCIDA LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES EN EL ROTOR ES PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL LA VELOCIDAD DEL CAMPO RESPECTO CAMPO RESPECTO AL ROTOR (S)AL ROTOR (S)

LA FEM INDUCIDA LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES EN EL ROTOR ES PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL LA VELOCIDAD DEL CAMPO RESPECTO CAMPO RESPECTO AL ROTOR (S)AL ROTOR (S)


Con el rotor Con el rotor bloqueado se bloqueado se induce induce EELRLR

Con el rotor Con el rotor bloqueado se bloqueado se induce induce EELRLR

En vacío se En vacío se induce induce 00En vacío se En vacío se induce induce 00

A una A una velocidad envelocidad en--tre 0 y Ntre 0 y NS, S, es es

decir a un desdecir a un des--lizamiento Slizamiento S

A una A una velocidad envelocidad en--tre 0 y Ntre 0 y NS, S, es es

decir a un desdecir a un des--lizamiento Slizamiento S

SE SE INDUCE:INDUCE:

S*ES*ELRLR

SE SE INDUCE:INDUCE:

S*ES*ELRLR

La FEM inducida en el rotor para una La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corresvelocidad cualquiera N (corres--pondiente a un deslizamiento Spondiente a un deslizamiento S) )

La FEM inducida en el rotor para una La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corresvelocidad cualquiera N (corres--pondiente a un deslizamiento Spondiente a un deslizamiento S) )

S*ES*ELRLR

ReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor


ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11

Circuito equivalente para el Circuito equivalente para el rotor con deslizamiento Srotor con deslizamiento S

LA RESISTENCIA ROTÓRICALA RESISTENCIA ROTÓRICA

RRRR NO VARÍANO VARÍA CON LA CON LA FRECUENCIAFRECUENCIA

Y, POR TANTO, Y, POR TANTO, TAMPOCOTAMPOCO CON CON SS

LA RESISTENCIA ROTÓRICALA RESISTENCIA ROTÓRICA

RRRR NO VARÍANO VARÍA CON LA CON LA FRECUENCIAFRECUENCIA

Y, POR TANTO, Y, POR TANTO, TAMPOCOTAMPOCO CON CON SS

LA REACTANCIA LA REACTANCIA XXRR VARÍA CON S:VARÍA CON S:

CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES SS, , XXRR PASA SER PASA SER S*XS*XRR

LA REACTANCIA LA REACTANCIA XXRR VARÍA CON S:VARÍA CON S:

CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES SS, , XXRR PASA SER PASA SER S*XS*XRR

S*XR RR

S*E LR

IR

23


Se puede obtener la misma corriente en Se puede obtener la misma corriente en

el mismo circuito alimentado a el mismo circuito alimentado a ff11 con con

sólo sólo cambiar Rcambiar RRR por Rpor RRR/S/S

Se puede obtener la misma corriente en Se puede obtener la misma corriente en

el mismo circuito alimentado a el mismo circuito alimentado a ff11 con con

sólo sólo cambiar Rcambiar RRR por Rpor RRR/S/S

ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA

ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA

SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIARESISTENCIARRRR/S/S

ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA

ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA

SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIARESISTENCIARRRR/S/S

CIRCUITO EQ. ROTOR A CIRCUITO EQ. ROTOR A DESLIZAMIENTO SDESLIZAMIENTO S

ReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor


ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11

ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff11

ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff11

S*XR RR

S*E LR

IR RRRR

Rs

jXSR

EjXRES

I+

=+⋅= LRLR

XR

ELR

IR

SRR

[ ] sRRR ISjXRES ⋅⋅+=⋅LR

24


PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORLOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATOR

PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORLOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATOR

SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES “EQUIVALENTE”“EQUIVALENTE” A A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación

Transf.=rTransf.=rtt))

SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES “EQUIVALENTE”“EQUIVALENTE” A A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación

Transf.=rTransf.=rtt))

SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)

Xs Rs

U1 E1

I1

XR ’

E2 ’

IR ’

S'RR

1LR2 ErE'E t =⋅=

25


COMO COMO EE11=E=E22’’ SE PUEDEN SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITOUNIR EN CORTOCIRCUITOCOMO COMO EE11=E=E22’’ SE PUEDEN SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITOUNIR EN CORTOCIRCUITO

Xs Rs

U1 E1

I1

XR ’

E2 ’

IR ’

S'RR

1LR2 ErE'Et

=⋅=

26


I0

ϕϕϕϕ0

Iµµµµ Ife

I0

ϕϕϕϕ0

Iµµµµ Ife

Componente Componente magnetizantemagnetizanteComponente Componente magnetizantemagnetizante

Componente Componente de pérdidasde pérdidasComponente Componente de pérdidasde pérdidas XµµµµXµµµµ

IµµµµIµµµµ

RfeRfe

IfeIfe

I0I0

Xs Rs

U1

I1

XR’IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

Xs Rs

U1

I1

XR’IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

27


−⋅+=SS

'R'RS'R

RRR 1

−⋅+=SS

'R'RS'R

RRR 1

LA RESISTENCIA LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE VARIABLE SE PUEDE DIVIDIR EN DOS DIVIDIR EN DOS COMPONENTESCOMPONENTES

LA RESISTENCIA LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE VARIABLE SE PUEDE DIVIDIR EN DOS DIVIDIR EN DOS COMPONENTESCOMPONENTES

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

S'RR

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

S'RR

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0

28


TensiónTensiónde fasede fase

(Estator(Estator))

Resistencia Resistencia cobre rotorcobre rotor

Reactancia Reactancia dispersióndispersiónrotorrotor

Resistencia Resistencia potenciapotenciamecánicamecánicaentregadaentregada

Resistencia Resistencia cobre estator cobre estator Reactancia Reactancia

dispersióndispersiónestatorestator

ReactanciaReactanciamagnetizantemagnetizante

ResistenciaResistenciapérdidas hierropérdidas hierro

CorrienteCorrientede vacíode vacío

El circuito equivalente se planteaEl circuito equivalente se planteapor fase y con conexión en estrellapor fase y con conexión en estrella

Todos los elementos del circuito con ‘Todos los elementos del circuito con ‘están referidos al estatorestán referidos al estator

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅SS

'RR1

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅SS

'RR1

29


Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la entrada es alta (0,8 aprox)entrada es alta (0,8 aprox)

Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la entrada es alta (0,8 aprox)entrada es alta (0,8 aprox)

En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 -- 0,2 aprox0,2 aprox

En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 -- 0,2 aprox0,2 aprox

Potencia entregadaPotencia entregadaPotencia entregadaPotencia entregada

En un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciable

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅SS

'RR1

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅SS

'RR1

(T. DE FASE)(T. DE FASE)

CosCosϕϕϕϕϕϕϕϕCosCosϕϕϕϕϕϕϕϕ

30

Cálculo de las pérdidas en la Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncronamáquina asíncrona

23 'IS'R

P RR

g ⋅⋅= 23 'IS'R

P RR

g ⋅⋅=

213 'I

SS

'RPPP RRrotcugmi ⋅

−⋅⋅=−= 213 'I

SS

'RPPP RRrotcugmi ⋅

−⋅⋅=−=

ϕϕϕϕϕϕϕϕ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅======== CosCosII3V3VPP 111111 POTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICAPOTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICA

213 IRP SestCu ⋅⋅= 213 IRP SestCu ⋅⋅= PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)

fefe R

EP

213 ⋅=fe

fe RE

P2

13 ⋅=PÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CONPÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CON--CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY BAJABAJA

feestCug PPPP −−= 1 feestCug PPPP −−= 1 POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE LA MÁQUINALA MÁQUINA

23 'I'RP RRRotCu ⋅⋅= 23 'I'RP RRRotCu ⋅⋅= PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)

La potencia que atraviesa el La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa entrehierro es la que disipa en la resistencia total de la en la resistencia total de la rama del rotor rama del rotor (R(RRR’/S)’/S)

La potencia que atraviesa el La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa entrehierro es la que disipa en la resistencia total de la en la resistencia total de la rama del rotor rama del rotor (R(RRR’/S)’/S)

POTENCIA MECÁNICA INTERPOTENCIA MECÁNICA INTER--NA: ATRAVIESA EL ENTREHIENA: ATRAVIESA EL ENTREHIE--RRO Y PRODUCE TRABAJORRO Y PRODUCE TRABAJO

Se disipa en la resisSe disipa en la resis--tencia variabletencia variable

31

Cálculo de las pérdidas en la Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncronamáquina asíncrona

[ ] gggrotcugmi PSPSPPPP ⋅−=⋅−=−= 1[ ] gggrotcugmi PSPSPPPP ⋅−=⋅−=−= 1OTRA FORMA DE CALCULAROTRA FORMA DE CALCULAR--LA A PARTIR DEL DESLIZALA A PARTIR DEL DESLIZA--MIENTOMIENTO

esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU −−−−==== esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU −−−−====

PAR INTERNO: EL PAR TOTAL PAR INTERNO: EL PAR TOTAL DESARROLLADO INTERNADESARROLLADO INTERNA--MENTE POR LA MÁQUINAMENTE POR LA MÁQUINA

Velocidad angular Velocidad angular de giro del rotorde giro del rotor

[[[[ ]]]]S

ggmii

PPSPT

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅−−−−

====ΩΩΩΩ

====1[[[[ ]]]]

S

ggmii

PPSPT

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅−−−−

====ΩΩΩΩ

====1

Velocidad angular Velocidad angular de sincronismode sincronismo

PAR ÚTILPAR ÚTIL: EL PAR QUE ES : EL PAR QUE ES CAPAZ DE DESARROLLAR EL CAPAZ DE DESARROLLAR EL MOTOR EN EL EJEMOTOR EN EL EJEΩΩΩΩ

==== UU

PT

ΩΩΩΩ==== U

UP

T

32

jXs Rs jXR’ IR’

S'RR

jXµµµµ

A

B

U1

I1

+

jXs Rs jXR’ IR’

S'RR

jXµµµµ

A

B

U1

I1

+

Cálculo del par de una Cálculo del par de una máquina asíncronamáquina asíncrona

CALCULANDO EL CALCULANDO EL EQUIVALENTE EQUIVALENTE THEVENIN THEVENIN ENTREENTRE A y BA y B

CALCULANDO EL CALCULANDO EL EQUIVALENTE EQUIVALENTE THEVENIN THEVENIN ENTREENTRE A y BA y B

Se puede Se puede despreciar Rdespreciar Rfefe

Se puede Se puede despreciar Rdespreciar Rfefe

jXth Rth jXR’ IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+


S'RR

A

B

Vth

I1

+ [[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅

====XXjR

jXUV

SSth

1

[[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅

====XXjR

jXUV

SSth

1

[[[[ ]]]][[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅++++

====XXjR

jXjXRZ

SS

SSth

[[[[ ]]]][[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅++++

====XXjR

jXjXRZ

SS

SSth

33

Cálculo del par de una Cálculo del par de una máquina asíncronamáquina asíncrona

[[[[ ]]]]22

'XXS'R

R

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====

[[[[ ]]]]22

'XXS'R

R

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====


S'RR

A

B

Vth

I1

+


S'RR

A

B

Vth

I1

+ [[[[ ]]]]'XXj

S'R

R

V'I

RthR

th

thR

++++++++++++====

[[[[ ]]]]'XXjS'R

R

V'I

RthR

th

thR

++++++++++++====

[[[[ ]]]]22

2

23

3

'XXS'R

R

S'R

V'I

S'R

P

RthR

th

Rth

RR

g

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====

[[[[ ]]]]22

2

23

3

'XXS'R

R

S'R

V'I

S'R

P

RthR

th

Rth

RR

g

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====

)S(fTi ==== )S(fTi ====[[[[ ]]]]2

2

2

3

'XXS

'RR

S'R

VPT

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

[[[[ ]]]]22

2

3

'XXS

'RR

S'R

VPT

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

Cálculo del par de una máquina Cálculo del par de una máquina asíncronaasíncrona

Torque electromagnético

( )

( )

++

+

⋅⋅

⋅⋅

=

⋅=

2'

2'2

'223

260

260

LRTHTH

TH

XXs

RR

s

RV

NsTg

Ns

PgTg

π

π

34

Torque de arranque

( )( ) ( )[ ]2'2'

2

'2

232

60

1

LRTHTH

TH

XXRR

RV

NsTarr

s

+++⋅⋅⋅

⋅=

=

π

35

Curvas de respuesta mecánica Curvas de respuesta mecánica par par -- velocidadvelocidad

1 Deslizamiento S

Par

Par deArranque

Par máximo

Par Nominal

0

Velocidad desincronismo

Motor GeneradorFrenoS>1S>1S>1S>1 0<S<10<S<10<S<10<S<1 S<0S<0S<0S<0

Zona de funcionamiento estable Zona de funcionamiento estable como motorcomo motor

Zona de funcionamiento estable Zona de funcionamiento estable como motorcomo motor

)S(fTi ==== )S(fTi ====221 −−−−−−−−==== ,

TT

nom

arr 221 −−−−−−−−==== ,TT

nom

arr

7281 ,,TT

nom

max −−−−−−−−==== 7281 ,,TT

nom

max −−−−−−−−====

36


La característica mecánica de los motores de inducción es La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena cargaprácticamente lineal entre vacío y plena carga

La característica mecánica de los motores de inducción es La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena cargaprácticamente lineal entre vacío y plena carga

El par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominalEl par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominalEl par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominalEl par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominal

El par de arranque tiene que ser superior al nominal para El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marchapermitir que el motor se ponga en marcha

El par de arranque tiene que ser superior al nominal para El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marchapermitir que el motor se ponga en marcha

Para un determinado deslizamiento el par varía con el Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensióncuadrado de la tensión

Para un determinado deslizamiento el par varía con el Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensióncuadrado de la tensión

ProblemaProblema

37

ProblemaProblema

38

39


Banda de Banda de dispersióndispersiónBanda de Banda de dispersióndispersión


40



41

Par máximo de un motor de Par máximo de un motor de induccióninducción jXth Rth jXR’

IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

jXth Rth jXR’

IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

El par será El par será máximo cuando máximo cuando PPgg sea máxima, sea máxima, es decir cuando es decir cuando se transfiera a se transfiera a

RRRR’/S’/S la máxima la máxima potenciapotencia

El par será El par será máximo cuando máximo cuando PPgg sea máxima, sea máxima, es decir cuando es decir cuando se transfiera a se transfiera a

RRRR’/S’/S la máxima la máxima potenciapotencia

[[[[ ]]]]22 'XXRS'R

RththR ++++++++==== [[[[ ]]]]22 'XXRS'R

RththR ++++++++====

TEOREMA TEOREMA TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA

MÁX. POTMÁX. POT

TEOREMA TEOREMA TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA

MÁX. POTMÁX. POT

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

++++++++====

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

++++++++====

[[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

[[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

42

Par máximo de un motor de Par máximo de un motor de induccióninducción

Resistencia rotórica crecienteResistencia rotórica creciente

SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3

ParPar

SS

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

++++++++====

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

++++++++====

EL deslizamiento al EL deslizamiento al que se produce el par que se produce el par

máximo máximo SÍ SÍ DEPENDE DE RDEPENDE DE RRR’’

EL deslizamiento al EL deslizamiento al que se produce el par que se produce el par

máximo máximo SÍ SÍ DEPENDE DE RDEPENDE DE RRR’’

Esta propiedad se usa para el arranEsta propiedad se usa para el arran--que mediante inserción de resistenque mediante inserción de resisten--cias en máquinas de rotor bobinadocias en máquinas de rotor bobinado

Esta propiedad se usa para el arranEsta propiedad se usa para el arran--que mediante inserción de resistenque mediante inserción de resisten--cias en máquinas de rotor bobinadocias en máquinas de rotor bobinado

El par máximo NO El par máximo NO depende de la depende de la resistencia resistencia rotórica Rrotórica RRR’’

El par máximo NO El par máximo NO depende de la depende de la resistencia resistencia rotórica Rrotórica RRR’’

[[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

[[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

43

Ensayo de rotor libreEnsayo de rotor libre

∞∞∞∞→→→→

→→→→SS-1

'R :0S Si R ∞∞∞∞→→→→

→→→→SS-1

'R :0S Si R

Xs Rs

U1

I0

XR’

Xµµµµ Rfe

Ife Iµµµµ

RR’ Xs Rs

U1

I0

XR’

Xµµµµ Rfe

Ife Iµµµµ

RR’

En vacío SEn vacío S≈≈≈≈≈≈≈≈0:0:

Al no circular corriente por RAl no circular corriente por RRR’ puede considerarse que en ’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estatoreste ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estatorAl no circular corriente por RAl no circular corriente por RRR’ puede considerarse que en ’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estatoreste ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estator

00

3I

V

Z

Línea

====0

03I

V

Z

Línea

====

20

00

3 I

PR

⋅⋅⋅⋅====

µµµµ++++≅≅≅≅−−−−==== XXRZX s2

02

00 µµµµ++++≅≅≅≅−−−−==== XXRZX s2

02

00

I0(t)I0(t)

Motor girando sin cargaMotor girando sin cargaMotor girando sin cargaMotor girando sin carga

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

W1W1

W2W2

A

U1(t)U1(t)++

++

++

V y f nominalesV y f nominalesV y f nominalesV y f nominales

ZZ00

Impedancia Impedancia por fase del por fase del

motormotor

Impedancia Impedancia por fase del por fase del

motormotor000 jXRZ ++++==== 000 jXRZ ++++====

femecestcu PPPWWP ++++++++====++++==== 210 femecestcu PPPWWP ++++++++====++++==== 210

44

Ensayo de rotor bloqueadoEnsayo de rotor bloqueado

I1n(t)I1n(t)

Rotor bloqueadoRotor bloqueadoRotor bloqueadoRotor bloqueado

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

W1W1

W2W2

AUcc(t)Ucc(t)

++

++

++

V reducida e I nominalV reducida e I nominalV reducida e I nominalV reducida e I nominal

V

El ensayo se realiza subiendo El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de aligradualmente la tensión de ali--mentación hasta que la corrienmentación hasta que la corrien--te circulante sea la nominalte circulante sea la nominal

El ensayo se realiza subiendo El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de aligradualmente la tensión de ali--mentación hasta que la corrienmentación hasta que la corrien--te circulante sea la nominalte circulante sea la nominal

3ccU3ccU

Xs Rs

I1n

XR’ RR’ Xs Rs

I1n

XR’ RR’

Se puede despreciar Se puede despreciar la rama paralelola rama paralelo


Tensión de ensayoTensión de ensayomuy reducidamuy reducida

Tensión de ensayoTensión de ensayomuy reducidamuy reducida

Corriente por XCorriente por Xµµµµµµµµdespreciabledespreciable

Corriente por XCorriente por Xµµµµµµµµdespreciabledespreciable

Muy pocas Muy pocas pérdidas Fepérdidas FeMuy pocas Muy pocas pérdidas Fepérdidas Fe

RRfe fe despreciabledespreciable

RRfe fe despreciabledespreciable

ZZcccc

cccccc jXRZ ++++==== cccccc jXRZ ++++====

'RRR Rscc ++++==== 'RRR Rscc ++++====

'XXX Rscc ++++==== 'XXX Rscc ++++====Se eliminaSe elimina

rama paralelorama paraleloSe eliminaSe elimina

rama paralelorama paralelo

45

Ensayo de rotor bloqueadoEnsayo de rotor bloqueado Xs Rs

I1n

XR’ RR’ Xs Rs

I1n

XR’ RR’

3ccU3ccU



ZZcccc

rotcuestcucc PPWWP ++++====++++==== 21 rotcuestcucc PPWWP ++++====++++==== 21

n

cc

cc I

U

Z1

3====n

cc

cc I

U

Z1

3==== 213 n

cccc

I

PR

⋅⋅⋅⋅==== 2

13 n

cccc

I

PR

⋅⋅⋅⋅====

CÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTECÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTE

[[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 60 [[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 60[[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 70 [[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 70

'XX RS ==== 'XX RS ====[[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 40 [[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 40[[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 30 [[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 30

'XX RS ==== 'XX RS ====

XXSS yy XXRR’’XXSS yy XXRR’’ Regla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motor

MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:

MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:

MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:

MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:

RRSS Se obtiene por medición directa Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estatorsobre los devanados del estator

RRSS Se obtiene por medición directa Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estatorsobre los devanados del estator

46

CÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO CIRCUITO

EQUIVALENTEEQUIVALENTE

CÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO CIRCUITO

EQUIVALENTEEQUIVALENTE

Ensayo de rotor bloqueadoEnsayo de rotor bloqueado

SXXX −−−−====µµµµ 0 SXXX −−−−====µµµµ 0XXµµµµµµµµXXµµµµµµµµ

Después de aplicar la Regla empírica Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias anterior para obtener las reactancias

de rotor y estator se aplica el de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacíoresultado del ensayo de vacío

Después de aplicar la Regla empírica Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias anterior para obtener las reactancias

de rotor y estator se aplica el de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacíoresultado del ensayo de vacío

RRRR’’Se obtiene restando a RSe obtiene restando a RCCCC (Ensayo de (Ensayo de

rotor bloqueado) el valor de Rrotor bloqueado) el valor de RSS(medición directa)(medición directa)

Se obtiene restando a RSe obtiene restando a RCCCC (Ensayo de (Ensayo de rotor bloqueado) el valor de Rrotor bloqueado) el valor de RSS

(medición directa)(medición directa)SccR RR'R −−−−==== SccR RR'R −−−−====

47

Corriente absorbida en función de la velocidad

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Cor

rient

e A

Corriente absorbida en función de la velocidad

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Cor

rient

e A

Características funcionales de los Características funcionales de los motores asíncronosmotores asíncronos

Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6


Velocidad de Velocidad de sincronismosincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo

CorrienteCorrientede vacíode vacíoCorrienteCorrientede vacíode vacío

CorrienteCorrientenominalnominalCorrienteCorrientenominalnominal

48

Potencia eléctrica absorbida en función de la veloc idad

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Pot

enci

a W

Potencia eléctrica absorbida en función de la veloc idad

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Pot

enci

a W





Potencia eléctrica Potencia eléctrica consumida plena cargaconsumida plena carga

Potencia eléctrica Potencia eléctrica consumida plena cargaconsumida plena carga

49

Rendimiento en función de la velocidad

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Ren

dim

ient

o %

Rendimiento en función de la velocidad

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Ren

dim

ient

o %





Rendimiento Rendimiento en vacíoen vacío

Rendimiento Rendimiento en vacíoen vacío

Rendimiento Rendimiento a plena cargaa plena cargaRendimiento Rendimiento a plena cargaa plena carga

50

Factor de potencia en función de la velocidad

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Fac

tor

de p

oten

cia

Factor de potencia en función de la velocidad

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Fac

tor

de p

oten

cia





fdp en fdp en vacíovacíofdp en fdp en vacíovacío

fdp a plena fdp a plena cargacarga

fdp a plena fdp a plena cargacarga

51

Característica mecánica en zona estable

0

10

20

30

40

50

60

70

80

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Par

(N

m)

Característica mecánica en zona estable

0

10

20

30

40

50

60

70

80

945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000

RPM

Par

(N

m)





52

Características funcionales de Características funcionales de los motores asíncronoslos motores asíncronos

VELOCIDADES DE GIRO TÍPICASVELOCIDADES DE GIRO TÍPICASFuente: ABB Fuente: ABB –– “Guide for selecting a motor”“Guide for selecting a motor”

NÚMERODE POLOS

VELOCIDADSINCRONISMO (RPM)

VELOCIDAD TÍPICAPLENA CARGA

2 3000 29004 1500 14406 1000 9608 750 72010 600 58012 500 48016 375 360

53

Evolución de la temperatura de los devanados desde el Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmicoarranque hasta el régimen permanente térmico

Evolución de la temperatura de los devanados desde el Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmicoarranque hasta el régimen permanente térmico




Tª 114 ºC:Tª 114 ºC:

Motor Clase F: Motor Clase F: Tª max= 155 ºCTª max= 155 ºC

Tª 114 ºC:Tª 114 ºC:

Motor Clase F: Motor Clase F: Tª max= 155 ºCTª max= 155 ºC

54

Control de las características Control de las características mecánicas de los motores de inducción mecánicas de los motores de inducción

mediante el diseño del rotormediante el diseño del rotor

Resistencia rotórica crecienteResistencia rotórica creciente

SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3

ParPar

SS

EL RENDIMIENTO DEL MOTOR EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJOES BAJO

EL RENDIMIENTO DEL MOTOR EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJOES BAJO

Si la resistencia rotórica es elevada Si la resistencia rotórica es elevada el par de arranque del motor el par de arranque del motor

también lo estambién lo es

Si la resistencia rotórica es elevada Si la resistencia rotórica es elevada el par de arranque del motor el par de arranque del motor

también lo estambién lo es

Si la resistencia rotórica es elevada Si la resistencia rotórica es elevada el par máximo del motor aparece el par máximo del motor aparece

con deslizamiento elevadocon deslizamiento elevado

Si la resistencia rotórica es elevada Si la resistencia rotórica es elevada el par máximo del motor aparece el par máximo del motor aparece

con deslizamiento elevadocon deslizamiento elevado

[[[[ ]]]] gmi PSP ⋅⋅⋅⋅−−−−==== 1[[[[ ]]]] gmi PSP ⋅⋅⋅⋅−−−−==== 1

Si el deslizamiento es elevado la Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es bajapotencia mecánica interna es bajaSi el deslizamiento es elevado la Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es bajapotencia mecánica interna es baja

55



Motor con Motor con RRRR’ elevada’ elevadaMotor con Motor con RRRR’ elevada’ elevada

Motor con Motor con RRRR’ baja’ bajaMotor con Motor con RRRR’ baja’ baja

Buen par de arranqueBuen par de arranqueBuen par de arranqueBuen par de arranque

Bajo rendimientoBajo rendimientoBajo rendimientoBajo rendimientoBajo par de arranqueBajo par de arranqueBajo par de arranqueBajo par de arranque

Buen rendimientoBuen rendimientoBuen rendimientoBuen rendimiento SOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓN

MOTOR DE ROTOR MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN BOBINADO: VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LA RESISTENCIA

ROTÓRICAROTÓRICA

MOTOR DE ROTOR MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN BOBINADO: VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LA RESISTENCIA

ROTÓRICAROTÓRICA

DISEÑO DE UN ROTOR DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES ELÉCTRICAS VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE SEGÚN LA VELOCIDAD DE

GIROGIRO

DISEÑO DE UN ROTOR DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES ELÉCTRICAS VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE SEGÚN LA VELOCIDAD DE

GIROGIRO

56

Barras de pequeña Barras de pequeña secciónsección

Alta resistencia, Alta resistencia, baja reactancia baja reactancia de dispersiónde dispersión

Alta resistencia, Alta resistencia, baja reactancia baja reactancia de dispersiónde dispersión

Barras de ranura Barras de ranura profundaprofunda

Resistencia baja Resistencia baja elevada elevada

reactancia de reactancia de dispersióndispersión

Resistencia baja Resistencia baja elevada elevada

reactancia de reactancia de dispersióndispersión

Doble jaulaDoble jaula

Combina las Combina las propiedades de propiedades de

las dos las dos anterioresanteriores

Combina las Combina las propiedades de propiedades de

las dos las dos anterioresanteriores

Pueden usarse Pueden usarse dos tipos de dos tipos de material con material con diferente diferente

resistividadresistividad



La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la

velocidad de giro de la máquinavelocidad de giro de la máquina

La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la

velocidad de giro de la máquinavelocidad de giro de la máquina

A menor A menor sección sección

mayor Rmayor RRR’’

A menor A menor sección sección

mayor Rmayor RRR’’

57


mediante el diseño del rotormediante el diseño del rotorRanura Ranura

estatóricaestatóricaRanura Ranura

estatóricaestatórica

Circuito equivalente de una Circuito equivalente de una barra rotóricabarra rotórica

ResistenciaResistencia Reactancia Reactancia dispersióndispersión

La reactancia de dispersión La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = aumenta con la profundidad =

que el flujo de dispersiónque el flujo de dispersión

La reactancia de dispersión La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = aumenta con la profundidad =

que el flujo de dispersiónque el flujo de dispersión

Flujo de dispersión: Flujo de dispersión: se concentra hacia se concentra hacia el interiorel interior

Flujo de dispersión: Flujo de dispersión: se concentra hacia se concentra hacia el interiorel interior

58

ffrotorrotorELEVADAELEVADAffrotorrotor

ELEVADAELEVADAARRANQUEARRANQUEARRANQUEARRANQUE SS VALORES VALORES

ELEVADOSELEVADOSSS VALORES VALORES ELEVADOSELEVADOS

Reducción Reducción sección útil: sección útil: aumento Raumento RRR’’

Reducción Reducción sección útil: sección útil: aumento Raumento RRR’’

Aumento del Aumento del par de par de

arranquearranque

Aumento del Aumento del par de par de

arranquearranque

Efecto de la reactancia Efecto de la reactancia de dispersión de dispersión

((22ππππππππffrotorrotor*L*Ldispersióndispersión))

MUY ACUSADOMUY ACUSADO



MUY ACUSADOMUY ACUSADO

La corriente circula La corriente circula sólo por la parte más sólo por la parte más externa de la barraexterna de la barra

La corriente circula La corriente circula sólo por la parte más sólo por la parte más externa de la barraexterna de la barra

CONDICIONES CONDICIONES NOMINALESNOMINALES

CONDICIONES CONDICIONES NOMINALESNOMINALES

SS VALORES VALORES BAJ0SBAJ0S

SS VALORES VALORES BAJ0SBAJ0S

ffrotorrotorBAJABAJAffrotorrotorBAJABAJA

Mejora del Mejora del rendimientorendimientoMejora del Mejora del rendimientorendimiento

Aumento Aumento sección util: sección util: Reducción RReducción RRR’ ’

y Pary Par

Aumento Aumento sección util: sección util: Reducción RReducción RRR’ ’

y Pary Par

La corriente circula La corriente circula por toda la sección por toda la sección

de la barrade la barra

La corriente circula La corriente circula por toda la sección por toda la sección

de la barrade la barra



MUY POCO ACUSADOMUY POCO ACUSADO



MUY POCO ACUSADOMUY POCO ACUSADO

59

DURANTE EL ARRANQUE DURANTE EL ARRANQUE CIRCULA UN 41,93% DE CIRCULA UN 41,93% DE LA CORRIENTE POR LA LA CORRIENTE POR LA

ZONA ROJA DE LA BARRAZONA ROJA DE LA BARRA

DURANTE EL FUNCIONADURANTE EL FUNCIONA--MIENTO EN CONDICIOMIENTO EN CONDICIO--NES NOMINALES CIRCUNES NOMINALES CIRCU--LA UN 24,35% DE LA LA UN 24,35% DE LA

CORRIENTE POR LA ZONA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA BARRAROJA DE LA BARRA

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

41.93%

60.69%

Nº barra

A

Itotal Isup Iinf

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Itotal Isup Iinf

75.65%

24.35%

Nº barra

A

Simulación del efecto realSimulación del efecto real

MOTOR SIMULADOMOTOR SIMULADO

Fabricante: SIEMENSFabricante: SIEMENSPotencia: 11 kWPotencia: 11 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 22 ACorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMVelocidad : 1450 RPMPolos: 4Polos: 4

MOTOR SIMULADOMOTOR SIMULADO

Fabricante: SIEMENSFabricante: SIEMENSPotencia: 11 kWPotencia: 11 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 22 ACorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMVelocidad : 1450 RPMPolos: 4Polos: 4

60LÍNEAS DE CAMPO DURANTE LÍNEAS DE CAMPO DURANTE

EL ARRANQUEEL ARRANQUELÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONALÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA--

MIENTO NOMINALMIENTO NOMINAL

Las líneas de campoLas líneas de campose concentran en lase concentran en la

superficiesuperficie

Las líneas de campoLas líneas de campose concentran en lase concentran en la

superficiesuperficie

Simulación del campo real Simulación del campo real durante un arranquedurante un arranque

61

Clasificación de los motores según Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMAel tipo de rotor: Normas NEMA

Clase BClase BClase BClase B

Clase AClase AClase AClase A

Clase CClase CClase CClase CClase DClase DClase DClase D

T/TnomT/Tnom

SS

1,51,5

22

2,52,5

33 Par de arranque bajoPar de arranque bajo Par nominal con S<5%Par nominal con S<5% Corriente arranque elevada 5 Corriente arranque elevada 5

–– 8 In8 In Rendimiento altoRendimiento alto Uso en bombas, ventiladores, Uso en bombas, ventiladores,

máquina herramienta, etc, máquina herramienta, etc, hasta 5,5 kWhasta 5,5 kW

Para potencias > 5,5 kW se Para potencias > 5,5 kW se usan sistemas de arranque usan sistemas de arranque para limitar la corrientepara limitar la corriente

MOTOR CLASE AMOTOR CLASE A

62

Par arranque similar clase APar arranque similar clase A Corriente arranque 25% < Corriente arranque 25% <

clase Aclase A Par nominal con S<5%Par nominal con S<5% Rendimiento AltoRendimiento Alto Aplicaciones similares al clase Aplicaciones similares al clase

A pero con < I arranqueA pero con < I arranque Son LOS MÁS UTILIZADOSSon LOS MÁS UTILIZADOS

MOTOR CLASE BMOTOR CLASE B Par arranque elevado (2 veces Par arranque elevado (2 veces

Tnom aprox.)Tnom aprox.) Corriente de arranque bajaCorriente de arranque baja Par nominal con S<5%Par nominal con S<5% Rendimiento AltoRendimiento Alto Aplicaciones que requieren Aplicaciones que requieren

alto par de arranquealto par de arranque Tmax < clase ATmax < clase A

MOTOR CLASE C (Doble jaula)MOTOR CLASE C (Doble jaula)

Par arranque muy elevado (> 3 Tnom)Par arranque muy elevado (> 3 Tnom) Corriente de arranque bajaCorriente de arranque baja Par nominal con S elevado (7 Par nominal con S elevado (7 ––17%)17%) Rendimiento bajoRendimiento bajo Aplicación en accionamientos intermitentes Aplicación en accionamientos intermitentes

que requieren acelerar muy rápidoque requieren acelerar muy rápido

MOTOR CLASE DMOTOR CLASE D

Clasificación de los motores según el Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMAtipo de rotor: Normas NEMA

63

Características mecánicas de las Características mecánicas de las cargas más habituales de los cargas más habituales de los

motores de inducciónmotores de inducción

Bombas centrífugasBombas centrífugas Compresores centrífugosCompresores centrífugos Ventiladores y soplantesVentiladores y soplantes CentrifugadorasCentrifugadoras

TTRR=K*N=K*N22

PrensasPrensas Máquinas herramientasMáquinas herramientas

TTRR=K*N=K*N

Máquinas elevaciónMáquinas elevación Cintas transportadorasCintas transportadoras Machacadoras y trituradorasMachacadoras y trituradoras Compresores y bombas de Compresores y bombas de

pistonespistones

TTRR=K=K

BobinadorasBobinadoras Máquinas fabricación chapaMáquinas fabricación chapa

TTRR=K/N=K/NTR=K

TR=K/N

TR=K*NTR=K*N2

N

TR

TR=K

TR=K/N

TR=K*NTR=K*N2

N

TR

64

El arranque de los motores El arranque de los motores asíncronosasíncronos

65

Arranque enArranque envacíovacío

Arranque aArranque aplena cargaplena carga

Corriente máximaCorriente máximaCorriente máximaCorriente máxima

Corriente máximaCorriente máximaCorriente máximaCorriente máxima

Corriente de vacíoCorriente de vacíotras alcanzar tras alcanzar

velocidad máximavelocidad máxima

Corriente de vacíoCorriente de vacíotras alcanzar tras alcanzar


Corriente nominalCorriente nominaltras alcanzar tras alcanzar


Corriente nominalCorriente nominaltras alcanzar tras alcanzar


Duración del arranque

Duración del arranque

LA CORRIENTE LA CORRIENTE MÁXIMA NO DEMÁXIMA NO DE--

PENDE DE LA CARGAPENDE DE LA CARGA

LA CORRIENTE LA CORRIENTE MÁXIMA NO DEMÁXIMA NO DE--

PENDE DE LA CARGAPENDE DE LA CARGAFabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6


66


El reglamento de BT establece límites para la corriente de El reglamento de BT establece límites para la corriente de arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es

necesario disponer procedimientos específicos para el arranquenecesario disponer procedimientos específicos para el arranque

El reglamento de BT establece límites para la corriente de El reglamento de BT establece límites para la corriente de arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es

necesario disponer procedimientos específicos para el arranquenecesario disponer procedimientos específicos para el arranque

Sólo válido en motores pequeños o Sólo válido en motores pequeños o en las centrales eléctricasen las centrales eléctricas

Sólo válido en motores de rotor Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos rozantesbobinado y anillos rozantes

El método más barato y utilizadoEl método más barato y utilizado

Reducción de la tensión durante Reducción de la tensión durante el arranque mediante autotrafoel arranque mediante autotrafo

Gobierno del motor durante el Gobierno del motor durante el arranque por equipo electrónicoarranque por equipo electrónico

Métodos de Métodos de arranquearranque

Métodos de Métodos de arranquearranque

Arranque directo de la redArranque directo de la redArranque directo de la redArranque directo de la red

Arranque mediante inserción Arranque mediante inserción de resistencias en el rotorde resistencias en el rotor

Arranque mediante inserción Arranque mediante inserción de resistencias en el rotorde resistencias en el rotor

Arranque estrella Arranque estrella –– triángulotriánguloArranque estrella Arranque estrella –– triángulotriángulo

Arranque con Arranque con autotransformadorautotransformador

Arranque con Arranque con autotransformadorautotransformador

Arranque con arrancadores Arranque con arrancadores estáticosestáticos

Arranque con arrancadores Arranque con arrancadores estáticosestáticos

67


[[[[ ]]]]22

'XXS'R

R

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====

[[[[ ]]]]22

'XXS'R

R

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====

[ ] [ ]22 'XX'RR

V'I

RthRth

tharranqueR

+++=

[ ] [ ]22 'XX'RR

V'I

RthRth

tharranqueR

+++=

PAR DE ARRANQUEPAR DE ARRANQUE

Par de un motor asíncrono. Par de un motor asíncrono.

En el arranque En el arranque S=0S=0Par de un motor asíncrono. Par de un motor asíncrono.

En el arranque En el arranque S=0S=0

Corriente rotórica. Corriente rotórica.

En el arranque En el arranque S=0S=0Corriente rotórica. Corriente rotórica.

En el arranque En el arranque S=0S=0

[[[[ ]]]]22

2

3

'XXS

'RR

S'R

VPT

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

[[[[ ]]]]22

2

3

'XXS

'RR

S'R

VPT

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

[[[[ ]]]] [[[[ ]]]]22

23

'XX'RR

'RVPT

RthRth

Rth

SS

gArranque

++++++++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ==== [[[[ ]]]] [[[[ ]]]]22

23

'XX'RR

'RVPT

RthRth

Rth

SS

gArranque

++++++++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

23ArranqueRR

SArranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== 23

ArranqueRRS

Arranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ

====

68

El arranque de los motores El arranque de los motores asíncronos V: arranque por inserción asíncronos V: arranque por inserción

de resistencias rotóricasde resistencias rotóricasResistencia rotórica Resistencia rotórica crecientecrecienteResistencia rotórica Resistencia rotórica crecientecreciente

RRRR’’11RRRR’’11

ParParParPar

SSSS

RRRR’’22RRRR’’22RRRR’’33RRRR’’33

Para el arranque Para el arranque de la máquina se de la máquina se

introducen introducen resistencias entre resistencias entre

los anillos los anillos rozantes que se rozantes que se van eliminando van eliminando

conforme conforme aumenta la aumenta la

velocidad de girovelocidad de giro

Para el arranque Para el arranque de la máquina se de la máquina se

introducen introducen resistencias entre resistencias entre

los anillos los anillos rozantes que se rozantes que se van eliminando van eliminando

conforme conforme aumenta la aumenta la

velocidad de girovelocidad de giro

Sólo vale para los motores de rotor bobinado y Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos rozantesanillos rozantes

Sólo vale para los motores de rotor bobinado y Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos rozantesanillos rozantes

69

El arranque de los motores El arranque de los motores asíncronos : arranque mediante asíncronos : arranque mediante

autotrafoautotrafo

C3

M

C2

C1

R

S

T

C3

M

C2

C1

R

S

TPara el arranque de la máquina se Para el arranque de la máquina se introduce un autotransformador introduce un autotransformador

reductor (rt>1) reductor (rt>1)

Para el arranque de la máquina se Para el arranque de la máquina se introduce un autotransformador introduce un autotransformador

reductor (rt>1) reductor (rt>1)

Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión reducidamotor arranca con la tensión reducidaInicialmente C1 y C2 están cerrados: el Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión reducidamotor arranca con la tensión reducida

En las proximidades de plena carga C2 se En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión abre: el motor soporta una tensión

ligeramente inferior a la red debido a las ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado del caídas de tensión en el devanado del

autotrafoautotrafo

En las proximidades de plena carga C2 se En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión abre: el motor soporta una tensión

ligeramente inferior a la red debido a las ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado del caídas de tensión en el devanado del

autotrafoautotrafo

Se cierra C3: el motor soporta toda la Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la redtensión de la red

Se cierra C3: el motor soporta toda la Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la redtensión de la red

70

C3

M

C1

R

S

T

C3

M

C1

R

S

T

M

C2

C1

R

S

T

M

C2

C1

R

S

T

M

C2

C1

R

S

T

M

C2

C1

R

S

T

Fases del arranque con Fases del arranque con autotransformadorautotransformador

Ligera Ligera caída de caída de tensióntensión

71

El arranque de los motores El arranque de los motores asíncronos: arranque Y asíncronos: arranque Y -- DD

Xs RsIarrXR’ RR’

3líneaV

Xs RsIarrXR’ RR’

3líneaV Se desprecia Se desprecia

la rama en la rama en paraleloparalelo

Se desprecia Se desprecia la rama en la rama en paraleloparalelo

S=1S=1

Circuito equivalente del motor Circuito equivalente del motor durante el arranquedurante el arranque

ZccIarr

3líneaV

ZccIarr

3líneaV

CC

línea

arranque Z

V

I 3=CC

línea

arranque Z

V

I 3=

El arranque estrella El arranque estrella -- triángulo consiste en conectar los devanados del triángulo consiste en conectar los devanados del motor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexión en motor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexión en

triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad

El motor conectado en estrella consume menos corriente y entrega El motor conectado en estrella consume menos corriente y entrega menos par. De este modo, se limita la corriente de arranque. menos par. De este modo, se limita la corriente de arranque.

72

El arranque de los motores El arranque de los motores asíncronos: arranque Y asíncronos: arranque Y -- DD

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc

3triánguloarrI −Iarr-triángulo

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc


Vlínea

CC

línea

estrellaarr Z

V

I 3=−CC

línea

estrellaarr Z

V

I 3=−CC

líneatriánguloarr Z

VI 3=−

CC

líneatriánguloarr Z

VI 3=−

3tr iánguloarr

estrellaarrI

I −− =

3tr iánguloarr

estrellaarrI

I −− =

73

Esta relación es válida para las dos conexiones. La Esta relación es válida para las dos conexiones. La corriente que aparece en ella es la que circula por Zcorriente que aparece en ella es la que circula por Zcccc

estrellaarrtriánguloarr TT −− = 3 estrellaarrtriánguloarr TT −− = 3

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc


Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc


Vlínea

3triánguloarr

estrellaarrI

I −− =

3triánguloarr

estrellaarrI

I −− =

23ArranqueRR

SArranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== 23

ArranqueRRS

Arranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ

====

23estrellaArrRR

SestrellaArr 'I'RT −−−−−−−− ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== 23

estrellaArrRRS

estrellaArr 'I'RT −−−−−−−− ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ

====2

3

3

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== −−−−

−−−−triánguloArrR

RS

triánguloArr'I

'RT2

3

3

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== −−−−

−−−−triánguloArrR

RS

triánguloArr'I

'RT

74

Arrancadores estáticos con microprocesador de Arrancadores estáticos con microprocesador de potencias hasta 2500 kW 7200Vpotencias hasta 2500 kW 7200V

Arrancador 90 kW 690VArrancador 90 kW 690VArrancador 90 kW 690VArrancador 90 kW 690V

Arrancador 4 kWArrancador 4 kWArrancador para Arrancador para aplicaciones aplicaciones

navales y militaresnavales y militares

ArrancadoresArrancadoresestáticosestáticos



75

El frenado eléctrico de los El frenado eléctrico de los motores asíncronosmotores asíncronos

Existen aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un par de Existen aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un par de frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este caso, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este caso, las propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograr el las propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograr el

frenado.frenado.

FRENADO REGENERATIVO O POR FRENADO REGENERATIVO O POR RECUPERACIÓN DE ENERGÍARECUPERACIÓN DE ENERGÍA

FRENADO POR CONTRACORRIENTE O FRENADO POR CONTRACORRIENTE O CONTRAMARCHACONTRAMARCHA

FRENADO DINÁMICO (Por inyección FRENADO DINÁMICO (Por inyección de CC)de CC)

TIPOS DE FRENADO TIPOS DE FRENADO ELÉCTRICOELÉCTRICO

76

Par resistentePar resistentePar resistentePar resistente

Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)

ParParParPar

Curva de Curva de funcionamiento funcionamiento con con 2P2P polospolos

Curva de Curva de funcionamiento funcionamiento con con PP polospolos

NNsPsPNNs2Ps2PFRENADO FRENADO REGENERATIVOREGENERATIVO


Zona de Zona de funcionamiento funcionamiento como frenocomo freno

Para frenar se modifican las conexiones del estator pasando de Para frenar se modifican las conexiones del estator pasando de PP polos a polos a 2P2Ppolos. El frenado se consigue polos. El frenado se consigue al convertirse el motor en generadoral convertirse el motor en generador. La energía . La energía

generada se disipa en resistencias o se devuelve a la redgenerada se disipa en resistencias o se devuelve a la red

Pf

N Ps⋅= 60

2 Pf

N Ps⋅= 60

2

PsPs NPf

Pf

N 2260

2

2

60 =⋅=⋅= PsPs NPf

Pf

N 2260

2

2

60 =⋅=⋅=

77


MMRRSSTT

MMRRSSTT

Funcionamiento Funcionamiento normal: giro en un normal: giro en un

sentidosentido

Frenado a Frenado a contracorrientecontracorriente: inver: inver--sión del sentido de girosión del sentido de giro

Par resistentePar resistentePar resistentePar resistente

CorrienteCorrienteCorrienteCorriente

Giro Giro horariohorarioGiro Giro horariohorario

Giro antiGiro anti--horariohorarioGiro antiGiro anti--horariohorario

ZONA ZONA DE DE FRENOFRENO

ZONA ZONA DE DE FRENOFRENO

S>1S>1S>1S>1

SS

S

S

S

NN

NNN

NNN

S +=+=−

−−= 1SS

S

S

S

NN

NNN

NNN

S +=+=−

−−= 1

21 ≅> SS 21 ≅> SS

Par de frenado bajoPar de frenado bajo Frenado en zona inestaFrenado en zona inesta--

ble de la curva Parble de la curva Par--SS Corriente durante el freCorriente durante el fre--

nado muy altanado muy alta Solicitación del rotor muy Solicitación del rotor muy

elevadaelevada Necesario construcción Necesario construcción

especialespecial

LIMITACIONESLIMITACIONES

78


El El FRENADO DINÁMICOFRENADO DINÁMICO consiste en dos acciones sobre el consiste en dos acciones sobre el funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en alterna funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en alterna

e inyección de CC por el estator.e inyección de CC por el estator.

La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo que La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo que genera un par de frenadogenera un par de frenado

Equipo para el frenado de Equipo para el frenado de motores asíncronos por motores asíncronos por

inyección de CC (Potencia inyección de CC (Potencia 315 kW)315 kW)


Resistencias para frenado Resistencias para frenado reostático de motoresreostático de motores


79

Cálculo de tiempos de Cálculo de tiempos de arranque y frenado arranque y frenado

∫ ⋅= dmrJ 2∫ ⋅= dmrJ 2 2mKg⋅ 2mKg⋅

Momento de inercia de un Momento de inercia de un cuerpo de masa cuerpo de masa mm respecto a respecto a un eje. un eje. rr es la distancia al ejees la distancia al eje

[ ]dtd

JJTT argcmotRωωωω+=− [ ]dtd

JJTT argcmotRωωωω+=−

Ecuación de la dinámica de rotación: Ecuación de la dinámica de rotación: TT es el par motor, es el par motor, TTRR el par el par

resistente resistente JJmotmot el momento de el momento de inercia del motor, inercia del motor, JJcargcarg el de la carga el de la carga

y y ωωωωωωωω la pulsación de girola pulsación de giro

ωωωωωωωω

dTT

JJt

nominal

R

argcmotarranque ⋅

−+

= ∫0

ωωωωωωωω

dTT

JJt

nominal

R

argcmotarranque ⋅

−+

= ∫0

Integrando la Integrando la ecuación se obtiene ecuación se obtiene

el tiempo de el tiempo de arranquearranque

[ ] ωωωωωωωω

dTTT

JJt

nominalfrenoR

argcmotfrenado ⋅

+−+

= ∫0

[ ] ωωωωωωωω

dTTT

JJt

nominalfrenoR

argcmotfrenado ⋅

+−+

= ∫0 TTRR+ T+ Tfrenofreno es el par es el par

resistente total si se resistente total si se incluye un incluye un

procedimiento procedimiento adicional de frenadoadicional de frenado

80

La variación de velocidad de La variación de velocidad de los motores asíncronoslos motores asíncronos

Variación de la Variación de la velocidad de giro de la velocidad de giro de la

máquinamáquina

Variación de la Variación de la velocidad del campo velocidad del campo

giratoriogiratorio

Variar PVariar PVariar fVariar f

Cambio en la Cambio en la conexión del conexión del

estatorestator

Variación Variación discreta de discreta de la velocidadla velocidad

Sólo posible 2 o 3 Sólo posible 2 o 3 velocidades velocidades distintasdistintas

Motores con Motores con devanados devanados especialesespeciales

Equipo Equipo eléctrónico para eléctrónico para variar frecuencia variar frecuencia

de redde red

Control de Control de velocidad en velocidad en

cualquier rango cualquier rango para cualquier para cualquier

motormotor

Pf

NS⋅= 60Pf

NS⋅= 60

81

La variación de velocidad de los La variación de velocidad de los motores asíncronos: métodos motores asíncronos: métodos

particularesparticularesResistencia rotórica Resistencia rotórica crecientecrecienteResistencia rotórica Resistencia rotórica crecientecreciente

RRRR’’11RRRR’’11

ParParParPar

SSSS

RRRR’’22RRRR’’22RRRR’’33RRRR’’33

Variación de la Variación de la velocidadvelocidad

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR INSERCIÓN DE RESISTENCIAS INSERCIÓN DE RESISTENCIAS

ROTÓRICAS EN MOTORES DE ROTOR ROTÓRICAS EN MOTORES DE ROTOR BOBINADOBOBINADO



0,8V0,8Vnn0,8V0,8Vnn

VnVnVnVn

Reducción tensiónReducción tensiónReducción tensiónReducción tensiónParParParPar

SSSS

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR REDUCCIÓN DE LA TENSIÓNREDUCCIÓN DE LA TENSIÓN

BAJO RANGO DE VARIACIÓNBAJO RANGO DE VARIACIÓN

REDUCCIÓN DEL PAR MOTORREDUCCIÓN DEL PAR MOTORBAJO RANGO DE VARIACIÓNBAJO RANGO DE VARIACIÓN

82

La variación de velocidad de los La variación de velocidad de los motores asíncronos: Variación de motores asíncronos: Variación de

la frecuenciala frecuencia

ffnnffnn

Reducción Reducción frecuenciafrecuenciaReducción Reducción frecuenciafrecuencia

ParParParPar

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA FRECUENCIAVARIACIÓN DE LA FRECUENCIA

NNSSNNSS

0,75f0,75fnn0,75f0,75fnn

0,75N0,75NSS0,75N0,75NSS

0,5f0,5fnn0,5f0,5fnn

0,5N0,5NSS0,5N0,5NSS

SSSS

Pf

NS⋅= 60Pf

NS⋅= 60

VARIANDO DE FORMA CONTINUA VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE LA FRECUENCIA SE PUEDE

VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDADVELOCIDAD

VARIANDO DE FORMA CONTINUA VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE LA FRECUENCIA SE PUEDE

VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDADVELOCIDAD

Al reducir la frecuencia aumenta el Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la máquina se flujo. Para evitar que la máquina se sature es necesario mantener la sature es necesario mantener la

relación relación V/f constanteV/f constante: al : al disminuir f se disminuye V y disminuir f se disminuye V y

viceversaviceversa

Al reducir la frecuencia aumenta el Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la máquina se flujo. Para evitar que la máquina se sature es necesario mantener la sature es necesario mantener la

relación relación V/f constanteV/f constante: al : al disminuir f se disminuye V y disminuir f se disminuye V y

viceversaviceversa

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La variación de velocidad de los La variación de velocidad de los motores asíncronos: variación de motores asíncronos: variación de

la frecuenciala frecuencia

Rectificador Inversor

Motor deInducción

Sistemaeléctricotrifásico

FiltroRectificador Inversor

Motor deInducción

Sistemaeléctricotrifásico

Filtro

INVERSOR PWMINVERSOR PWM

VR

T4 T6 T2

T1 T3 T5

VS

VT

+

+

+

Rmot Smot Tmot

VR

T4 T6 T2

T1 T3 T5

VS

VT

+

+

+

Rmot Smot Tmot

84

VR

T4 T6 T2

T1 T3 T5

VS

VT

+

+

+

Rmot Smot Tmot

VR

T4 T6 T2

T1 T3 T5

VS

VT

+

+

+

Rmot Smot Tmot

Funcionamiento del inversorFuncionamiento del inversor

Tensión del rectificador sin filtroTensión del rectificador sin filtro Tensión del rectificador con filtroTensión del rectificador con filtro

La tensión después del La tensión después del condensador es continuacondensador es continuaLa tensión después del La tensión después del condensador es continuacondensador es continua

85


El disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocida El disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocida como como PWMPWM ((Pulse width modulation) Pulse width modulation) que consiste en comparar una que consiste en comparar una señal (portadora) triangular con una señal (moduladora) senoidalseñal (portadora) triangular con una señal (moduladora) senoidal

De esta comparación se obtiene una señal similar a la senoidal De esta comparación se obtiene una señal similar a la senoidal pero escalonada para cada una de las fases del inversorpero escalonada para cada una de las fases del inversor

Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es posible obtener señales de distinta frecuencia y tensión a la posible obtener señales de distinta frecuencia y tensión a la

salida del inversorsalida del inversor

Rmot Smot Tmot

Bus detensióncontínua

Rmot Smot Tmot


El inversor haciendo El inversor haciendo conmutar los IGBT’s conmutar los IGBT’s “trocea” “trocea” la tensión continua con la que la tensión continua con la que

es alimentadoes alimentado

86


1 /f 1

-1

0

1

0 1 /2 f 1

A

1 /f 1

- 1

0

1

0 1 /2 f 1

B

Rmot Smot Tmot


Rmot Smot Tmot


20 m S0 20 m S0

Señales modulaSeñales modula--dora y portadoradora y portadoraSeñales modulaSeñales modula--dora y portadoradora y portadora

TENSIÓN DE TENSIÓN DE SALIDA EN SALIDA EN LA FASE RLA FASE R

11

22

Cuando triangular < Cuando triangular < senoidal dispara el 1senoidal dispara el 1Cuando triangular < Cuando triangular < senoidal dispara el 1senoidal dispara el 1

87

Inversor 55 kW Inversor 55 kW 0 0 –– 400 Hz para motor 400 Hz para motor asíncrono con control asíncrono con control

vectorialvectorialInversor 0,75 kW Inversor 0,75 kW 0 0 –– 120 Hz para 120 Hz para

control de máquina control de máquina herramientaherramienta

Inversor 2,2kW Inversor 2,2kW 0 0 –– 400Hz de 400Hz de

propósito generalpropósito general

Convertidor para Convertidor para motor de CCmotor de CC

VariadoresVariadoresde de

velocidadvelocidad


88

Selección de un motor para Selección de un motor para una aplicación específicauna aplicación específica

SELECCIONAR SELECCIONAR CARCASA Y NIVEL DE CARCASA Y NIVEL DE PROTECCIÓN (IP)PROTECCIÓN (IP)

SELECCIÓNAR POTENCIA SELECCIÓNAR POTENCIA EN FUCIÓN DE LA EN FUCIÓN DE LA

POTENCIA NECESARIA POTENCIA NECESARIA PARA ARRASTRA LA CARGAPARA ARRASTRA LA CARGA

SELECCIONAR VELOCIDAD SELECCIONAR VELOCIDAD (P) EN FUNCIÓN (P) EN FUNCIÓN

VELOCIDAD CARGAVELOCIDAD CARGA

SELECCIONAR FORMA SELECCIONAR FORMA NORMALIZADA DE NORMALIZADA DE

MONTAJE EN FUNCIÓN DE MONTAJE EN FUNCIÓN DE UBICACIÓNUBICACIÓN

SELECCIONAR CLASE DE SELECCIONAR CLASE DE AISLAMIENTO EN FUNCIÓN AISLAMIENTO EN FUNCIÓN Tª ESPERADA Y AMBIENTE Tª ESPERADA Y AMBIENTE

DE TRABAJODE TRABAJO

SELECCIONAR SELECCIONAR CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA

MECÁNICA EN FUNCIÓN MECÁNICA EN FUNCIÓN DE PAR DE ARRANQUE Y DE PAR DE ARRANQUE Y RESISTENTE DE LA CARGARESISTENTE DE LA CARGAABB ABB –– “Guide for selecting a motor”“Guide for selecting a motor”

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La máquina asíncrona como La máquina asíncrona como generadorgenerador

La máquina asíncrona se La máquina asíncrona se puede utilizar como generadorpuede utilizar como generador

Por encima de la velocidad Por encima de la velocidad de sincronismo el par se de sincronismo el par se

vuelve resistente y entrega vuelve resistente y entrega energía eléctricaenergía eléctrica

Los generadores asíncronos se Los generadores asíncronos se utilizan en sistemas de utilizan en sistemas de

generación donde la fuente generación donde la fuente primaria es muy variable: primaria es muy variable: energía eólica e hidraúlicaenergía eólica e hidraúlica

La máquina asíncrona La máquina asíncrona convierte energía mecánica convierte energía mecánica en eléctrica siempre que en eléctrica siempre que trabaja por encima de la trabaja por encima de la velocidad de sincronismo. velocidad de sincronismo. NO ES NECESARIO QUE NO ES NECESARIO QUE GIRE A VELOCIDAD GIRE A VELOCIDAD

CONSTANTECONSTANTEEn la actualidad existen máquinas En la actualidad existen máquinas con doble alimentación rotor con doble alimentación rotor ––

estator para mejorar el rendimiento estator para mejorar el rendimiento en generación eólica e hidráulicaen generación eólica e hidráulica

Aspectos constructivos: {soldadas -...

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Transcript of Aspectos constructivos: {soldadas -...