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Jaula de ardilla

Un rotor de jaula de ardilla de una bomba centrifuga de agua para domicilio civil.

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor deinducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también sellama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje.Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos yconectados juntos en ambos etremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la

 jaula. El nombre se deriva de la semejan!a entre esta jaula de anillos, las barras y la rueda deun #mster  $ruedas probablemente similares eisten para las ardillas domésticas%.

&a base del rotor se construye con l#minas de ierro apiladas. El dibujo muestra solamentetres capas de apilado pero se pueden utili!ar mucas m#s.

&os devanados inductores en el est#tor  de un motor de inducción incitan al campomagnético a rotar alrededor del rotor . El movimiento relativo entre este campo y la rotación delrotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. 'lternadamente estascorrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campomagnético del motor produciendo una fuer!a que actúa tangente al rotor, dando por resultadoun esfuer!o de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campomagnético, pero en un (ndice levemente m#s lento de la rotación. &a diferencia en velocidadse llama "desli!amiento" y aumenta con la carga.

Esquema del rotor de jaula de ardilla.

 ' menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor parareducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuer!o de torsión que pudieron resultar, a

algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del est#tor. El número debarras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidasen las bobinas delest#tor y por lo tanto según la corriente a través de ellas. &as construcciones que ofrecenmenos problemas de regeneración emplean números primos de barras.

El núcleo de ierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura ymaterial se dise)a para reducir al m(nimo las pérdidas. &as laminas finas, separadas porel aislamiento de barni!, reducen las corrientes par#sitas que circulan resultantes delas corrientes de *oucault $en inglés, +eddy current+%.

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El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio $llamado por ello acero al silicio%, convarias veces la resistencia del ierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo decarbono le ace un material magnético suave con pérdida bajas por istéresis.

El mismo dise)o b#sico se utili!a para los motores monof#sicos y trif#sicos sobre una ampliagama de tama)os. &os rotores para trif#sica tienen variaciones en la profundidad y la forma delas barras para satisfacer los requerimientos del dise)o. Este motor es de gran utilidad en

variadores de velocidad.

El motor de corriente alterna trif#sico de jaula de ardilla es el motor eléctrico industrial por ecelencia.*uerte, robusto y sencillo, se usa en un gran número de m#quinas con un mantenimiento m(nimo.

amos a tratar de entender su principio de funcionamiento y las posibilidades de modificación de suconsumo de potencia en el arranque y de su velocidad de giro.

 

Rotor de jaula de ardilla. En su forma instalada, es uncilindro montado en un eje.

Internamente contienebarras conductoras longitudinales dealuminio o

decobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo

encortocircuito los anillos que forman la jaula.

El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda

de unhámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas

domésticas). La base del rotor se construye de un apiladohierro de laminación.

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Contenido

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• 1 Funcionamiento

• 2 Tipos de rotores

o 2.1 Rotor de jaula de ardilla simple

o 2.2 Rotor de jaula de ardilla doble

o 2.3 Rotor con ranura profunda

o 2.4 Rotor de anillos rozantes

• 3 Aplicaciones comunes

• 4 Fuentes

Funcionamiento

Losdevanados inductores en elestator de unmotor deinducción instan alcampo

magnéticoa rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la

rotación del rotor inducecorriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras.

Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores

reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa

tangente al rotor, dando por resultado unesfuerzo de torsión para dar vuelta al eje.

En efecto el rotor se lleva alrededor el campo magnético pero en un índice

levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama

deslizamiento y aumenta con la carga.

A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotorpara reducirruido y para reducir lasfluctuaciones del esfuerzo de torsión que

pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las

barras del estator. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según

las corrientes inducidas en lasbobinas del estator y por lo tanto según la corriente

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a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de

regeneración emplean números primos de barras.

El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En

estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las láminasfinas, separadas por el aislamiento debarniz, reducen las corrientes parásitas que

circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddy current'). El

material, unacero bajo encarbono pero alto ensilicio, con varias veces la

resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono

le hace un material magnético suave con pérdida bajas porhistéresis.

El mismo diseño básico se utiliza para los motoresmonofásicos ytrifásicos sobre

una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la

profundidad y la forma de barras para satisfacer los requerimientos del diseño.

Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.

Tipos de rotores

Existen varios tipos de estos elementos, pero los que son más usados en la

industria; es decir, los rotores para motores asíncronos decorriente alterna son 4.

Rotor de jaula de ardilla simple

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Los círculos negros que se muestran en la figura representan las ranuras del rotor donde

va introducido el bobinado. Existen varios tipos de ranuras, de ahí que existan varios tipos

de rotores.

Este tipo de rotor es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la

intensidad nominal supera 6 ó 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta

mal los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilladoble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140 % del

normal.

Rotor de jaula de ardilla doble

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La ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos

ranuras están separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe.

Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 ó 5 veces la intensidad

nominal, y su par de arranque puede ser de 230 % la normal. Éstas características

hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla

simple. Es el más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin

necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.

Rotor con ranura profunda

Es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de

ranura profunda. Sus características vienen a ser iguales a la del rotor de jaula

simple. Es usado para motores de bajapotencia que necesitan realizan continuosarranques y paradas.

Rotor de anillos rozantes

Se denominan rotores de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está

conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al

exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas

resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotórica,de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de

dichas resistencias externas, del 150 % y el 250 % del par normal. La intensidad

nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor.

Aplicaciones comunes

Los motores de la línea monofásica pueden ser clasificados como “Motores de

Uso General”; sin embargo pueden ser empleados , sin ningún problema, en

aplicaciones específicas como :

• Aplicaciones en ambientes polvosos

• Bombas centrífugas.Compresores.

• Ventiladores

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• Bombas de combustible

• A prueba de explosión

• Lavadoras y electrodomésticos en general

• MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE A• El motor clase ' es un motor de jaula de ardilla normal o est#ndar fabricado para uso a

velocidad constante. -iene grandes #reas de ranuras para una muy buena disipación

de calor, y barras con ranuras ondas en el motor. urante el periodo de arranque, la

densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor/ durante el periodo de la

marca, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina algo de alta

resistencia y baja reactancia de arranque, con lo cu#l se tiene un par de arranque

entre 0.1 y 0.21 veces el nominal $a plena carga%. El par de arranque es relativamente

alto y la baja resistencia del rotor produce una aceleración bastante r#pida acia la

velocidad nominal. -iene la mejor regulación de velocidad pero su corriente de

arranque var(a entre 1 y 2 veces la corriente nominal normal, aciéndolo menosdeseable para arranque con l(nea, en especial en los tama)os grandes de corriente

que sean indeseables.

• MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA CLASE B•  ' los motores de clase 3 a veces se les llama motores de propósito general/ es muy

parecido al de la clase ' debido al comportamiento de su desli!amiento4par. &as

ranuras de su motor est#n embebidas algo m#s profundamente que el los motores de

clase ' y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la

marca del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque.

• &as corrientes de arranque var(an entre 5 y 1 veces la corriente nominal en los

tama)os mayores de 1 67 se sigue usando arranque a voltaje reducido. &os motores

de clase 3 se prefieren sobre los de la clase ' para tama)os mayores.

• &as aplicaciones t(picas comprenden las bombas centr(fugas de impulsión, las

m#quinas erramientas y los sopladores.

• MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE C• Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de

arranque y una menor corriente de arranque.

• ebido a su alto par de arranque, acelera r#pidamente, sin embargo cuando se

emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor

parte de la corriente se concentra en el devanado superior.

• En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se

adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.

• &as aplicaciones de os motores de clase 8 se limitan a condiciones en las que es

dif(cil el arranque como en bombas y compresores de pistón

• MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE D• &os motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase se conocen también

como de alto par y alta resistencia.

• &as barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras

cercanas a la superficie o est#n embebidas en ranuras de peque)o di#metro. &a

relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores

de las clases anteriores.

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• El motor est# dise)ado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor

aplicación con cargas como ci!allas o troqueles, que necesitan el alto par con

aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la

peor.

• MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA DE CLASE F• -ambién conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Est#n dise)ados

principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de

arranque de todas las clases. -iene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado

de arranque como en el de marca y tiende a aumentar la impedancia de arranque y

de marca, y a reducir la corriente de marca y de arranque.

• El rotor de clase * se dise)o para rempla!ar al motor de clase 3. El motor de clase *

produce pares de arranque aproimadamente 0.91 veces el par nominal y bajas

corrientes de arranque de 9 a 5 veces la nominal. &os motores de esta clase se

fabrican de la capacidad de 91 p para servicio directo de la l(nea. ebido a la

resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de marca, estos motores tienen

menos regulación de voltaje de los de clase 3, bajan capacidad de sobrecarga y en

general de baja eficiencia de funcionamiento. :in embargo, cuando se arrancan con

grandes cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo

para voltaje reducido, aún en los tama)os grandes.

• CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DEARDILLA DE ACUERDO CON EL ENFRIAMIENTO Y EL AMBIENTE DETRABAJO.

• &os motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, y en general todos lo

motores eléctricos, se pueden clasificar también de acuerdo con el ambiente en que

funcionan, s( también como en los métodos de enfriamiento.

• &a temperatura ambiente juega un papel importante en la capacidad y selección del

tama)o de arma!ón para una d(namo, parte importante del motivo es que la

temperatura ambiente influye en la elevación permisible de temperatura por sobre los

5;< 8 normales. 7or ejemplo una d(namo que trabaje a una temperatura ambiente de21< 8 empleando aislamiento clase 3 tiene un aumento permisible de temperatura de

tan solo 11< 8. :i trabajara a su temperatura ambiente normal de 5; < 8 se podr(a

permitir un aumento de temperatura de =;< 8, sin da)ar su aislamiento.

• -ambién se i!o notar que la ermeticidad de la m#quina afecta a su capacidad. Una

m#quina con una arma!ón totalmente abierta con un ventilador interno en su eje,

permite un f#cil paso de aire succionado y arrojado. Esta caja origina una temperatura

final de trabajo en los devanados, menor en comparación que la de una m#quina

totalmente cerrada que evita el intercambio de aire con el eterior.

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Control eléctrico de arranque por pulsos de un elevador 8uando con frecuencia se arranca y para un motor por per(odos detiempos muy cortos, le llamamos "arranque por pulsos " a estaoperación $jogging en inglés%

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 Distribución de componentes de el elevador 

El control eléctrico de un elevador, suele ser uno de los retos quedeseamos aprender cuando iniciamos el estudio de la electricidad.

>os imaginamos los componentes, un botón para subir, un botón para bajar, interruptores

de l(mites y paros de emergencia.

 ?7ero como conectarlos para su funcionamiento@

Elementos de control

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7ara este an#lisis comen!are por eliminar 9 elementos de control, losbotones de paro de emergencia los agregare en serie una ve!determinado el an#lisis nuestro diagrama.

Variables de entrada

Usare una tabla llamada A-abla de verdadB, para anali!ar los

cambios en el funcionamiento.

 Este es un método de an#lisis lógico muy utili!ado.

8omo los Aestados de los componente cambian, senombraran Avariables de entradaB a las de la i!quierda, yAvariables de salidaB a las de la dereca,  son variables de

salida : $subir% y 3 $bajar%.

: y 3 representan los contactores, lugar donde se reali!aranlas coneiones para que el motor gire en un sentido o en elotro.

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Tabla de verdad desarrollada

Una ve! terminada la tabla de verdad, seleccionamos lascondiciones en las que funcionaran las salidas, los estadosdonde : y 3 valen uno las salidas.

Ecuaciones lógicas

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Diagrama de Control del Elevador 

Diagrama de Potencia del Elevador