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MOTOR DE INDUCCIN MAQUINAS ELCTRICAS II
UPS (Cuenca - Ecuador) Pgina 1
Cuestionario sobre motores de induccin
Captulo 7
I. PREGUNTAS 7.1. Qu son deslizamiento y velocidad de
deslizamiento en un motor de induccin?
El deslizamiento: es la velocidad relativa expresada sobre
una base en por unidad o en porcentaje. El deslizamiento est definido como:
La velocidad de deslizamiento: es la diferencia entre la velocidad sincrnica y la velocidad del rotor:
Dnde:
7.2. Cmo desarrolla el par un motor de induccin?
Figura 1: Desarrollo del par inducido en un motor de induccin: El
campo rotacional del estator , induce voltaje en las barras del rotor; entonces el voltaje del rotor produce un flujo de corriente en el rotor
que atrasa el voltaje debido a la inductancia del mismo; y la corriente
del rotor produce un campo magntico en el rotor que est a 90 detrs de ella, y interacta con para producir en la maquina un par en sentido contrario a las manecillas del reloj.
7.3. Por qu es imposible que un motor de induccin opere a velocidad sincrnica?
Por qu existe un lmite superior finito para la velocidad del motor. Si
el rotor del motor de induccin estuviera rotando a la velocidad sincrnica, las barras del rotor serian estacionarias con respecto al
campo magntico y no habra voltaje inducido.
Qu es un rotor de jaula de ardilla de ranura profunda? Para qu se utiliza? Qu clase(s) de diseo NEMA se puede(n) construir con l?
Es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le
denomina rotor de ranura profunda. Sus caractersticas vienen a
ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores
de baja potencia que necesitan realizan continuos arranques y
paradas.
Tipos de diseos que se pueden construir:
Diseo clase A
Diseo clase B
Diseo clase C
Diseo clase D
Diseo clase F
7.4. .Que es un rotor de doble jaula de ardilla? Para qu se utiliza? Qu clase(s) de diseo NEMA se puede(n) construir con l?
La ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 5
veces la intensidad nominal, y su par de arranque puede ser de 230 %
la normal. stas caractersticas hacen que este tipo de rotor sea muy
interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es el ms
empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad
de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.
Tipos de diseo NEMA:
DISEO CLASE A.
Los motores de diseo clase A son de diseo estndar: con un par de arranque normal, corriente de arranque normal y bajo deslizamiento.
El deslizamiento a plena carga de los motores de diseo clase A debe
ser menor de 5% y menor que el del motor de tamao equivalente de diseo clase B
a) DISEO CLASE B.
Los motores de diseo clase B tienen par de arranque normal, baja comente de arranque y bajo deslizamiento. Este motor produce casi el
mismo par de arranque que el motor de clase A con cerca de 25%
menos comente. El par mximo es mayor o igual a 200% del par de carga nominal, pero menor que el del diseo clase A, debido al
aumento de la reactancia del rotor.
El deslizamiento del rotor es relativamente bajo (menor del 5%), aun
a plena carga.
b) DISEO CLASE C.
Los motores de diseo clase C tienen alto par de arranque con bajas
corrientes de arranque y bajo deslizamiento (menos de 5%) a plena
carga. El par mximo es un poco menor que el de los motores de clase A, mientras que el par de arranque es hasta 250% del par de
plena carga.
c) DISEO CLASE D.
Los motores de diseo clase D tienen alto par de arranque (275% o
ms del par nominal) y una baja corriente de arranque, pero tambin
tienen alto deslizamiento a plena carga. En esencia son motores de induccin de clase A comunes, pero las barras del rotor son ms
pequeas y la resistencia del material es ms elevada.
7.5. Describa las caractersticas y usos de los motores de induccin de rotor devanado y de cada clase NEMA de diseo de motores de jaula de ardilla. DISEO CLASE A.
Los motores de diseo clase A son de diseo estndar: con un par de arranque normal, corriente de arranque normal y bajo deslizamiento.
El deslizamiento a plena carga de los motores de diseo clase A debe
ser menor de 5% y menor que el del motor de tamao equivalente de diseo clase B. El par mximo equivale a entre 200 y 300% del par
de plena carga y ocurre a un bajo deslizamiento (menor de 20%). El
par de arranque de este diseo equivale por lo menos, al nominal de los motores grandes y es 200% o ms del par nominal de los motores
pequeos. El problema principal de esta clase de diseo es la
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extremadamente alta corriente de irrupcin en el arranque. Los flujos
de corriente en el arranque equivalen a entre 500 y 800% de la
corriente nominal. Si la potencia sobrepasa 7.5 hp, se debe utilizar
alguna forma de voltaje reducido en el arranque de estos motores,
para evitar problemas de cada de voltaje en el sistema de potencia al
cual se hallan conectados. En el pasado, los motores de diseo clase A fueron de diseo estndar para la mayora de las aplicaciones que
no sobrepasaban 7.5 hp y hasta cerca de 200 hp, pero han sido
remplazados por motores de diseo clase B en los ltimos aos. Estos motores se utilizan en ventiladores, sopladores, bombas, tomos y
otras mquinas herramientas.
DISEO CLASE B.
Los motores de diseo clase B tienen par de arranque normal, baja
corriente de arranque y bajo deslizamiento. Este motor produce casi el mismo par de arranque que el motor de clase A con cerca de 25%
menos comente. El par mximo es mayor o igual a 200% del par de
carga nominal, pero menor que el del diseo clase A, debido al aumento de la reactancia del rotor.
El deslizamiento del rotor es relativamente bajo (menor del 5%), aun
a plena carga. La aplicaciones son similares a las de los motores de
diseo clase A, pero los de diseo clase B son preferidos debido a que
requieren poca comente de arranque. Los motores de diseo clase B
han remplazado ampliamente a los motores de diseo clase A en las nuevas instalaciones.
DISEO CLASE C.
Los motores de diseo clase C tienen alto par de arranque con bajas
corrientes de arranque y bajo deslizamiento (menos de 5%) a plena
carga. El par mximo es un poco menor que el de los motores de clase A, mientras que el par de arranque es hasta 250% del par de
plena carga. Estos motores son construidos con rotores de doble
jaula; por tanto, son ms costosos que los motores de las clases ya indicadas. Se utilizan para cargas con alto par de arranque como
bombas, compresor y transportador.
DISEO CLASE D.
Los motores de diseo clase D tienen alto par de arranque (275% o
ms del par nominal) y una baja corriente de arranque, pero tambin tienen alto deslizamiento a plena carga. En esencia son motores de
induccin de clase A comunes, pero las barras del rotor son ms
pequeas y la resistencia del material es ms elevada. La alta resistencia del rotor desplaza el par mximo hacia una velocidad muy
baja. Tambin es posible que el par mximo ocurra a velocidad cero
(100% de deslizamiento). En estos motores, el deslizamiento a plena carga es bastante alto debido a la alta resistencia retrica. Esta
tpicamente entre 7 y 11 %, pero puede llegar a 17% o ms. Estos
motores se utilizan en aplicaciones que requieren acelerar cargas de inercias muy altas, en especial grandes volantes utilizados en
troqueladoras o en cortadoras. En tales aplicaciones, estos motores
aceleran un gran volante de modo gradual hasta alcanzar su plena velocidad, que luego se trasmite a la troqueladora. Despus de la
operacin de troquelado, el motor re acelera el volante durante un
moderado tiempo hasta la prxima operacin.
Adems de estas cuatro clases de diseo, la NEMA reconoci las
clases de diseo E y F que fueron llamados motores de induccin de
arranque suave.
7.6. Por qu la eficiencia de un motor de induccin (de rotor devanado o de jaula de ardilla) es tan pobre a altos deslizamientos?
Por que:
Se utiliza ms cobre en los devanados del estator, para reducir las prdidas en el cobre.
Las longitudes de los ncleos del rotor y del estator se incrementan para reducir la densidad de flujo magntico
en el entrehierro de la mquina. Esto reduce la saturacin
magntica de la mquina y disminuye las perdidas en el ncleo.
En el estator se utiliza acero especial de alto grado elctrico y bajas perdidas por histresis.
El rotor es maquinado cuidadosamente para producir un entrehierro uniforme que reduce las perdidas dispersas en
el motor.
7.7. Enumere y describa cuatro medios para controlar la velocidad de los motores de induccin.
1. CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR MEDIANTE EL CAMBIO DE POLOS.
Existen dos mtodos para cambiar el nmero de polos en un motor de induccin Mtodo de polos consecuentes.- Se basa en el hecho de
que le nmero de polos en los devanados de un motor de induccin se
puede cambiar con facilidad en relacin 2:1 con solo efectuar simples cambios en la conexin de las bobinas.
Devanado de estatores mltiples.- La mayor desventaja del mtodo
de polos consecuentes para cambiar la velocidad es que las velocidades deben estar en relacin 2:1, para superar esta limitacin
se emplean estatores de devanados mltiples con diferente nmero de
polos, de los cuales solo se energizaba uno en cada oportunidad.
2. CONTROL DE VELOCIDAD MEDIANTE EL CAMBIO DE LA FRECUENCIA DE LA LNEA.
Si se cambia la frecuencia elctrica aplicada al estator de un motor de induccin, la velocidad de sus campos magnticos nsinc. Cambiar en
proporcin directa al cambio de frecuencia elctrica y el punto de
vacio sobre la curva caracterstica par-velocidad cambiara con ella. La velocidad sincrnica del motor en condiciones normales se la
conoce como velocidad de base.
Utilizando control de frecuencia variable es posible ajustar la velocidad del motor por encima o por debajo de la velocidad base.
3. CONTROL DE VELOCIDAD MEDIANTE CAMBIO DE VOLTAJE DE LNEA.
El par desarrollado por un motor de induccin es proporcional al
cuadrado del voltaje aplicado. La velocidad del motor puede ser
controlada en un rango limitado, variando el voltaje de la lnea, este mtodo de control de velocidad se utiliza a veces para manejar
pequeos motores de ventilacin.
4. CONTROL DE VELOCIDAD MEDIANTE CAMBIO DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR.
Es posible cambiar la forma de la curva par-velocidad insertando
resistencias extras en el circuito del rotor de la mquina, al cambiar la resistencia en el rotor varia la velocidad de operacin del motor sin
embargo la insercin de las resistencias extras en el motor reduce en
una gran cantidad la eficiencia de la mquina. Por tal razn solo se lo utiliza en periodos cortos.
7.11. Por qu es necesario reducir el voltaje aplicado a un motor de induccin cuando se reduce la frecuencia elctrica?
Por qu al disminuir la frecuencia aparece un incremento del flujo
magntico, la cual afecta directamente al flujo de corriente.
7.12. Por qu el control de velocidad por variacin del voltaje en los terminales est limitado en el rango de operacin?
Debido a que muchas cargas requieren un par muy pequeo en el
arranque es decir que requieren una marcha a una baja velocidad, tiene pares que aumentan con el cuadrado de la velocidad. Otras
cargas podran exigir ms al motor en el arranque y se necesitara ms
que el par nominal en plena carga para poderlo poner en movimiento.
7.14. Cmo trabaja un circuito resistivo de arranque en un motor de induccin?
Esta consiste en reducir el voltaje en los terminales del motor durante el arranque utilizando autotransformadores para ello. Mientras la
corriente de arranque se reduce en proporcin directa a la
disminucin del voltaje en los terminales, el par de arranque disminuye con el cuadrado del voltaje aplicado, entonces solo puede
reducirse cierta cantidad si el rotor va a arrancar con cierta cantidad
de carga.
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7.15. Qu informacin se deduce de una prueba de rotor bloqueado?
En esta prueba se bloquea el rotor de tal forma que no se pueda mover, se aplica voltaje al motor y se mide el voltaje, la corriente y la
potencia resultante, estos datos son la corriente, potencia y voltaje
que se encuentra fluyendo hacia el motor.
Casi toda la corriente de ingreso fluir por el motor debido a que se
encuentra bloqueado el estator.
El flujo de corriente es ajustado con rapidez cerca de su valor nominal y con esto podemos medir la potencia, el voltaje y la
corriente de entrada antes que el rotor se caliente demasiado.
7.16. Qu informacin se deduce de una prueba de vaco?
Una prueba a vacio mide las perdidas rotacionales del motor y
suministra informacin sobre la corriente de magnetizacin.
La potencia medida por los vatmetros debe ser igual a las perdidas en
el motor, las perdidas en el cobre del rotor son despreciables debido a
que la corriente es demasiada pequea y por lo tanto pueden ser
despreciables.
7.17. Qu acciones se emprenden para mejorar la eficiencia de los motores de induccin modernos de alta eficiencia?
Se utiliza ms cobre en los devanados del estator, para reducir las prdidas en el cobre.
Las longitudes del rotor y del estator se incrementan para reducir la densidad de flujo magntico en el entrehierro de
la mquina, esto reduce la saturacin magntica de la mquina.
Se utiliza ms acero en el estator de la maquina la cual permite transferir mayor cantidad de calor de la maquina
hacia afuera del motor.
En el estator se utiliza acero especial de alto grado elctrico y bajas perdidas por histresis.
El acero es de muy alta resistividad interna, esto ayuda a reducir las corrientes parasitas en el motor.
El rotor es maquinado cuidadosamente para producir un entrehierro uniforme que reduce las perdidas dispersas en
el motor.
7.18. Qu controla el voltaje en los terminales de un generador de induccin que opera aisladamente?
7.19. En qu aplicaciones se usa tpicamente lo generadores de induccin?
El generador de induccin es muy til debido a que requieren un mnimo mantenimiento o control.
Molinos de viento. Ya que estos estn diseados para operar en paralelo con grandes sistemas de potencia.
7.20. Cmo puede utilizarse un motor de induccin de rotor devanado con variador de frecuencia?
7.21. Describa los principales rasgos de los controladores de estado slido para motores de induccin, relacionados en la seccin 7-10.
Ajuste de frecuencia del controlador puede mejorarse manualmente
desde un control montado en el gabinete o desde un control remoto mediante una seal de voltaje o corriente externa. Esto nos permite
que un controlador o computador externo pueda controlar la
velocidad de acuerdo a las necesidades de la planta en la cual se ha instalado.
Los modelos de voltaje y frecuencia, algunas cargas aumentan su
par a medida que aumenta su velocidad, este controlador suministra una variedad de modelos de voltaje contra frecuencia que se pueden
seleccionar para que el par del motor coincida con el requerido por su
carga.
Rampas de aceleracin y desaceleracin ajustables
independientemente, el controlador que la maneja cambiara la
frecuencia para llevar al motor a la nueva velocidad si el cambio de frecuencia es repentino.
Proteccin del motor, tiene incorporado una serie de elementos para
poder proteger al motor que se acopla, este controlador puede detectar corrientes excesivas de estado estacionario, corrientes
excesivas, condiciones de sobre-voltaje o bajo voltaje.
7.23. Un motor de induccin gira en condiciones nominales. Si se incrementa la carga al eje. Cmo cambia las siguientes magnitudes?
a) Velocidad mecnica
La velocidad mecnica cambia medida que vara la carga es decir que si la carga disminuye la velocidad aumenta casi hasta la del
sincronismo pero nunca llega a una velocidad sincrnica.
Mientras que si la carga aumenta la velocidad del motor disminuye a medida que este tambin lo hace.
b) Deslizamiento
Aumentar, pues la velocidad mecnica ser menor que antes
mientras que la velocidad de los campos magnticos intentar
mantenerse sin variacin.
c) Voltaje inducido en el rotor
Tiende a aumentar para aumentar el torque que se entrega a la carga,
hasta un lmite en el cual disminuye por sobrecorriente.
d) Corriente de rotor
Aumenta sin lmite mientras la carga tambin aumenta, por lo que el
motor puede quemarse.
e) Frecuencia del rotor
Segn la frmula:
La frecuencia disminuye para poder aumentar la corriente para
entregar un mayor par a la carga.
f) Prdidas en el cobre del rotor
Aumenta pues la corriente que circula por el mismo tambin
aumenta.
g) Velocidad sincrnica
No sufre variacin.