DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ

CONSTITUCIÓN : MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO•Estator : parte fija. Formada por la carcasa. Posee una corona de chapas de acero provistas de ranuras donde se colocan las 3 bobinas inductoras, cuyos extremos se conectan a la placa de bornas, desde donde el motor se conectará a la red correspondiente.

•Entrehierro: separación de aire entre rotor y estator.


•Rotor: parte movil. Formado por chapas magnéticas aisladas y ranuradas exteriormente. En el devanado rotórico hay 2 posibilidades:

-Rotor en Jaula de ardilla o en cortocircuito. Una serie de conductores metálicos ensamblados en dos coronas metálicas.

- Rotor bobinado similar al del estator.


Motor Asíncrono con Rotor Bobinado


ROTORROTOR

ESTATOR PARTES DEL MOTOR


Motor Asíncrono con rotor en jaula de ardilla


Se distinguen dos velocidades de giro: La del campo magnético y la del rotor.

•El campo magnético generado por el estator gira a una velocidad ns (rpm) , llamada velocidad Síncrona.

pfn .60

1 =f: frecuencia ca (Hz)

P: nº pares de polos

•El rotor gira a una velocidad nr: la cual no puede ser igual a ns, ya que de ser la misma no se generarían corrientes inducidas en los conductores del rotor y por tanto tampoco se ejercería ninguna fuerza electromagnética sobre ellos con lo que el motor no funcionaría. Por este motivo estos motores se llaman Asíncronos.

•Deslizamiento Absoluto: es la diferencia entre ambas velocidades de giro.

D= ns – nr

•Deslizamiento Relativo: cociente entre el deslizamiento absoluto y la velocidad de giro del campo magnético expresado en porcentajes.

100.ns

nrnsd −=

Departamento Tecnología / www.iesdionisioaguado.org

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO

Campo magnético giratorio en el estator

El campo magnético induce f.e.m. en el rotor

Circulan corrientes por el rotor (que no proceden de la red sino que son inducidas)

Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator

Par en el rotor: el rotor gira

El rotor gira a una velocidad nr, inferior a la velocidad de sincronismo ns, pues en caso contrario no se induciría f.e.m en el rotor y por lo tanto no habría par motor.


En la siguiente animación podemos observar como el campo magnético giratorio del estator, creado por el sistema de corrientes trifásicas R S T, y que gira a la velocidad NS corta los conductores del rotor, que gira a una velocidad NR < NS (NS

flecha rosa, NR punto verde)


PLACA DE BORNAS Y PLACA DE CARACTERÍSTICAS

La placa de bornas dispone de 6 bornas designadas por U-V-W extremos iniciales y X-Y-Z extremos finales de cada una de las 3 bobinas inductoras del estátor.

U V W

z x y

Para arrancar el motor se conectan las bornas entre sí y luego se conexionan a la red. Esto se puede hacer de dos formas: en estrella y en triángulo


EN ESTRELLA:

FL II =FL UU .٣=

U V W

z x yZ Y

XVW

U


EN TRIÁNGULO:

FL UU =

FL II .٣=

U V W

z x y

Z

Y

X

V

W

U


En la PLACA DE CARACTERÍSTICAS se consignan los valores nominales que identifican al motor en condiciones normales de funcionamiento. En ella aparecen dos tensiones:230/400v.

El motor siempre tendrá entre los extremos de cualquier devanado la menor de las tensiones. Ejemplo . 230v

Si se conecta a una línea de 230v, se conectará en triángulo. Si se conecta a línea de 400v, la conexión será estrella para tener en los extremos 230v.


CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR ASÍNCRONO

Reflejan el comportamiento de un motor. Las más importantes son:

Característica de Velocidad

Es una curva obtenida poniendo la velocidad “n” en función de la potencia útil “Pu”, a tensión y frecuencia constantes.

Pu

n

n = f (Pu) U = cte f =cte

La velocidad se reduce muy poco con la Carga.

Se dice que su característica es dura.


Característica de consumo

Es la intensidad que el motor absorbe de la red en función de la potencia útil, a tensión y frecuencia constantes.

Pu

I

I = f (Pu) U = cte f =cte

La corriente de vacío (el motor no suministra Pu o no existe carga) estará comprendida entre 0,25 y 0,5 In.

Siendo In la intensidad con carga nominal


Característica del Factor de Potencia

Es el factor de potencia del motor en función de la Pu.

cosφ

Pu

El factor de potencia es máximo cuando el motor trabaja en condiciones próximas a su funcionamiento nominal.

Siendo In la intensidad nominal


Característica Mecánica

Es la más importante. Representa como varía el par en función de la velocidad, siendo tensión y frecuencia constantes.

Se observa que la velocidad se reduce muy lentamente y casi de forma lineal de vacío a plena carga e incluso hasta el par máximo

Partiendo del par máximo y disminuyéndolo la velocidad se reduce rápidamente y el funcionamiento es inestable. La ordenada en el origen corresponde al par de arranque ( de valor 1,25 a 2,25 de Mn) .

M

n

nsnonn

Marr

Mmax


Característica de Rendimiento

El rendimiento aumenta de formarápida hasta un valor máximo ( en el cual las pérdidas variables son iguales a las pérdidas fijas), a partir de ese punto, el rendimiento disminuye según aumenta la potencia útil.

Es el rendimiento en función de la Pu.

η

Pu


PUNTOS CRÍTICOS DEL FUNCIONAMIENTO DEL

MOTOR ASÍNCRONO •Arranque : al arrancar la velocidad es cero n =0 . Y el par de arranque debe ser superior al para resistente.Ma (par de arranque) es aproximadamente 1,25 a 2,5 veces el par nominal, Mn.Ia (intensidad de arranque) es de 5 a 8 veces la intensidad nominal.

M

Marr

Mmax


•Funcionamiento en vacío: si el motor trabaja en vacío la velocidad (no) es próxima al sincronismo ya que el motor no proporciona potencia util. El único par que desarrolla el motor es el que corresponde a compensar las pérdidas.

•Funcionamiento estable en carga: el punto de funcionamiento es aquel en el que se cruzan las características del motor y de la carga. Mmotor=Mcarga . El par y la velocidadse conocen como nominales.


BALANCE DE POTENCIAS DEL MOTOR ASÍNCRONO

Pasaremos de la potencia absorbida por el motor de la red hasta la potencia útil.

Pu

PmPcu2

PfePcu1

PabsPc

PaPmi

Potencia absorbida de la red:

Pab = m1 . U1 . I1 . cos ϕ1 Pab=√3.UL.IL.cosφ

siendo m1 : coeficiente según nº de fasesU1 : tensión fase del estatorI1 : intensidad de fase del estatorcos ϕ1 : factor de potencia del estator (indica la cantidad de potencia que se convierte en efectiva de la total absorbida)

Parte de la potencia absorbida se degrada en las resistencias del estator:

Pérdidas en el cobre del estator PCu1 = m1 . I12 . R1 ; PCu1 = 3 . I1

2 . R1

La potencia disponible para crear el campo magnético será: Pc = Pab – PCu1

Pero existen pérdidas por histéresis y corrientes de Focault (P Fe)

Por tanto la potencia electromagnética transmitida al motor será :Pa = Pc – PFe


En el rotor también se producen pérdidas en el cobre P Cu2:

PCu2 = m2 . I22 . R2 ; PCu2 = 3 . I2

2 . R2

Así la Potencia Mecánica interna es la potencia que recogemos en el rotor en forma mecánica:

Pmi = Pa – PCu2

Si a la potencia mecánica interna la quitamos las pérdidas mecánicas debidas a rozamiento, ventilación ... obtendremos:

Potencia útil Pu = Pmi – Pm

Siendo la relación entre potencia absorbida y útil ,

el rendimiento del motor:

PabPu=η

Pu

PmPcu2

PfePcu1

PabsPc

PaPmi


ARRANQUE DEL MOTOR ASÍNCRONO

•Puede ser arranque directo, cuando las bobinas inductoras del estator se conectan directamente a la red de suministro. Así el par de arranque es elevado.

Pero la intensidad absorbida en el arranque puede provocar distorsiones en la red y provocar perjuicios a los usuarios.

•El arranque indirecto consiste en intercalar, entre las bobinas inductoras y la red de suministro, elementos que hagan disminuir la intensidad de arranque tan elevada, como resistencias o autotransformadores.

Así se evitan distorsiones en la red y también se disminuye el par de arranque. Una vez arrancado el motor , se eliminan estos elementos y las bobinas quedan conectadas directamente a la red.


ARRANQUE DIRECTO


ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS


ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR


ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO


VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

Cambio del nº de polos: aumento el nº de polos de 2 a 4 , la velocidad baja a la mitad. Se llama control a saltos.

Solo se puede hacer en motores con rotor en jaula de ardilla pues el nº de polos del rotor y estator debe ser el mismo.


Lo más usado es la conexión Dhalander llamada Triángulo-doble estrella.


FRENADO MOTORES ASÍNCRONOS

Se utilizan dos sistemas:

•Frenado regenerativo. En montacargas y grúas para limitar la velocidad de descenso. El motor pasa a trabajar como generador. El estator se mantiene conectado a la red y la velocidad del rotor ha de superar la de sincronismo.

•Frenado dinámico: se desconecta el motor de la red y se aplica una corriente continua al devanado del estator. Al ser recorrido por corriente continua se crea un campo magnético estacionario, que induce corrientes en el rotor, mientras gira, que producen un par opuesto al del giro que hace que el motor frene.


Constitución :El estator es idéntico al de un alternador y al de un motor de inducción

asíncrono, pero el rotor es una combinación de los rotores del alternador de polos salientes con un arrollamiento en jaula de ardilla alojado en las ranuras practicadas en las caras polares.

Funcionamiento:Arranca como un motor de inducción ordinario. Pero cuando el rotor ha

alcanzado velocidad y está girando con un deslizamiento de 2 o 3 % , se aplica gradualmente una corriente continua a las bobinas de excitación (inductor) de los polos del rotor. Estos polos imantados se unen con el campo magnético inicial giratorio y el rotor gira entonces a la velocidad de sincronismo.Cualquier aumento posterior del par resistente obligará al rotor a perder el sincronismo y detenerse.

MOTORES SÍNCRONOS


Son motores de corriente alterna cuya parte móvil, el rotor, gira a la misma velocidad que el campo magnético o velocidad síncrona.

MOTORES UNIVERSALES

Ventajas:

-Funciona con cc y ca

-Elevado par de arranque, pueden conectarse a plena carga

-Velocidad de giro se adapta a la carga (mas carga menos velocidad)

-Se pueden construir para cualquier velocidad de giro. La cual se puede regular con un potenciómetro conectado en serie con el inducido.

Utilización: pequeñas herramientas (taladros portátiles, sierras…) y electrodomésticos de tamaño medio (aspiradoras, batidoras …) Potencia inferior a 600 o 700w.


Son motores que pueden ser conectados a cc y ca monofásica. Su constitución es como un motor de cc serie.Se caracteriza por: elevado par de arranque, no se embala en vacío aunque alcanza altas revoluciones.

DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ · ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS ... polos...

Documents

Transcript of DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ · ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS ... polos...