7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace...

71
7.11. Ventajas de los motores de inducción La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTES . El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante. Tienen par de arranque. No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de la carga. VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS Aumento del par de carga Reducción de la velocidad de giro Mayor FEM Mayor corriente rotor Mayor par motor Estabilidad

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7.11. Ventajas de los motores de inducción

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

El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante. Tienen par de arranque. No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de la carga.

VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

Aumento delpar de carga

Reducción de lavelocidad de giro

MayorFEM

Mayor corrienterotor

Mayor par motor

Estabilidad

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7.11. Inconvenientes de los motores de inducción

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

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

INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

EQUIPORECTIFICADOR

TRIFÁSICO

EQUIPOINVERSORTRIFÁSICO

SISTEMADE

FILTRADO

3 FASES50 Hz

3 FASESf VARIABLE

BUS DECC

ONDA ESCALONADADE f VARIABLE

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7.12. Deslizamiento en las máquinas asíncronas

100

S

mS(%)S

100

S

mS(%)S

SS

S

mSm N)S(N)

NNN

(N

11 SSS

mSm N)S(N)

NNN

(N

11

Sm )S( 1 Sm )S( 1

Velocidad mecánica del rotor

mSdes NNN mSdes NNN

Pf

NS

60P

fNS

60

Velocidad de deslizamiento

100100

S

mS

S

des

NNN

NN

(%)S 100100

S

mS

S

des

NNN

NN

(%)S

Deslizamiento

S=0 Velocidad de sincronismoS=1 Rotor parado

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES MUY BAJOS DE S:

S<5%

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES MUY BAJOS DE S:

S<5%

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7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas I

Frecuencia FEM inducida

en el rotor

En el límite:S1; Nm 0

En el límite:S0; Nm Ns

frotor festator frotor0

Aumento frecuencia inducida rotor

Disminución frecuencia inducida rotor

> velocidad relativa campo respecto rotor

< velocidad relativa campo respecto rotor

Aumentovelocidad giro

Reducción velocidad giro

La misma que la velocidad relativa del campo respecto al rotor (S)

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7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas II

GIRO EN VACÍO: Nm NS frotor0

ROTOR BLOQUEADO:

Nm=0 frotor festator estatorrotor fSf estatorrotor fSf

Para cualquier velocidad entre 0 y NS

Pf

N estatorS

60Pf

N estatorS

60estator

S

Srotor f

NNmN

f

estatorS

Srotor f

NNmN

f

60

NmNPf S

rotor

60

NmNPf S

rotor

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona I

111 EIjXRU Ss 111 EIjXRU Ss

Xs Rs

U1 E1

I1

Xs Rs

U1 E1

I1

CIRCUITO EQUIVALENTEDEL ESTATOR PARA

CUALQUIER VELOCIDADDE GIRO

ALIMENTADO A f1

frecuencia de red

ALIMENTADO A f1

frecuencia de red

Reactanciadispersiónestator

Resistenciaestator

Reactanciamagnetizante estator

EQUIVALENTEPOR FASE

CIRCUITO EQUIVALENTE ROTOR CON LA MÁQUINA BLOQUEADA

ALIMENTADO A f1

frecuencia de red

ALIMENTADO A f1

frecuencia de red

XR RR

E2

IRbloq

XR RR

E2

IRbloq

Reactanciadispersiónrotor

Resistenciarotor

Reactanciamagnetizante rotor

EQUIVALENTEPOR FASE

CON ROTOR BLO-

QUEADO: frotor=festator

CON ROTOR BLO-

QUEADO: frotor=festator

bloqRRR IjXRE 2 bloqRRR IjXRE 2

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LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES

PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL CAMPO

RESPECTO AL ROTOR (S)

LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES

PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL CAMPO

RESPECTO AL ROTOR (S)

7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona II

Con el rotor bloqueado se induce E2

Con el rotor bloqueado se induce E2

En vacío se induce 0

En vacío se induce 0

A una velocidad en-tre 0 y NS, es decir a un des-

lizamiento S

A una velocidad en-tre 0 y NS, es decir a un des-

lizamiento S

SE INDUCE:

S*E2

SE INDUCE:

S*E2

La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corres-pondiente a

un deslizamiento S)

La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corres-pondiente a

un deslizamiento S) S*E2

S*XR RR

S*E2

IR

S*XR RR

S*E2

IR Reactanciadispersiónrotor

Resistenciarotor

ALIMENTADO A: f2=S*f1

ALIMENTADO A: f2=S*f1

Circuito equivalente para el rotor con deslizamiento S

LA RESISTENCIA ROTÓRICA

RR NO VARÍA CON LA FRECUENCIA

Y, POR TANTO, TAMPOCO CON S

LA RESISTENCIA ROTÓRICA

RR NO VARÍA CON LA FRECUENCIA

Y, POR TANTO, TAMPOCO CON S

LA REACTANCIA XR VARÍA CON S:

CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES S, XR PASA

SER S*XR

LA REACTANCIA XR VARÍA CON S:

CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES S, XR PASA

SER S*XR

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona III

sRRR ISjXRES 2 sRRR ISjXRES 2

RRRR

Rs

jXS

RE

jXRES

I

22

RRRR

Rs

jXS

RE

jXRES

I

22

Se puede obtener la misma corriente en el mismo

circuito alimentado a f1 con sólo cambiar RR por RR/S

Se puede obtener la misma corriente en el mismo

circuito alimentado a f1 con sólo cambiar RR por RR/S

ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO

CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA

RESISTENCIA RR/S

ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO

CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA

RESISTENCIA RR/S

CIRCUITO EQ. ROTOR A DESLIZAMIENTO S

S*XR RR

S*E2

IR

S*XR RR

S*E2

IR Reactanciadispersiónrotor

Resistenciarotor

ALIMENTADO A: f2=S*f1

ALIMENTADO A: f2=S*f1

ALIMENTADO A: f1

ALIMENTADO A: f1

XR

E2

IR

SRR

XR

E2

IR

SRR

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IV

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

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

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

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

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

122 ErE'E t

Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t

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Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t

Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t

7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona V

COMO E1=E2’ SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITO

COMO E1=E2’ SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITO

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VI

I0 0

I

Ife

I0 0

I

Ife

Componente magnetizanteComponente magnetizante

Componente de pérdidasComponente de pérdidas

XX

II

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

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VII

SS

'R'RS

'RRR

R 1

SS

'R'RS

'RRR

R 1 LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE DIVIDIR EN DOS

COMPONENTES

LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE DIVIDIR EN DOS

COMPONENTES

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

S'RR

X Rfe

IfeI

I0Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

S'RR

X Rfe

IfeI

I0

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIII

Tensiónde fase(Estator)

Resistencia cobre rotor

Reactancia dispersiónrotor

Resistencia potenciamecánicaentregada

Resistencia cobre estator

Reactancia dispersiónestator

Reactanciamagnetizante

Resistenciapérdidas hierro

Corrientede vacío

El circuito equivalente se planteapor fase y con conexión en estrella

Todos los elementos del circuito con ‘están referidos al estator

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

X Rfe

IfeI

I0RR’

SS

'RR1

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

X Rfe

IfeI

I0RR’

SS

'RR1

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7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IX

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

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

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

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

Potencia entregadaPotencia entregada

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

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

X Rfe

IfeI

I0RR’

SS

'RR1

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

X Rfe

IfeI

I0RR’

SS

'RR1

(T. DE FASE)

CosCos

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7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncrona I

23 'IS

'RP R

Rg 23 'I

S'R

P RR

g

213 'I

SS

'RPPP RRrotcugmi

21

3 'ISS

'RPPP RRrotcugmi

jj××××== CosCosII3V3VPP111111

POTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICA

213 IRP SestCu 2

13 IRP SestCu PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)

fefe R

EP

213 fe

fe RE

P2

13 PÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CON-CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY BAJA

feestCug PPPP 1 feestCug PPPP 1 POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE LA MÁQUINA

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

La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa en la

resistencia total de la rama del rotor (RR’/S)

La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa en la

resistencia total de la rama del rotor (RR’/S)

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

Se disipa en la resis-tencia variable

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7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncrona II

gggrotcugmi PSPSPPPP 1 gggrotcugmi PSPSPPPP 1OTRA FORMA DE CALCULAR-LA A PARTIR DEL DESLIZA-MIENTO

esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU

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

Velocidad angular de giro del rotor

S

ggmii

PPSPT

1 S

ggmii

PPSPT

1

Velocidad angular de sincronismo

PAR ÚTIL: EL PAR QUE ES CAPAZ DE DESARROLLAR EL MOTOR EN EL EJE

U

UP

T

UU

PT

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jXs Rs jXR’ IR’

S'RR

jX

A

B

U1

I1

+

jXs Rs jXR’ IR’

S'RR

jX

A

B

U1

I1

+

7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona I

CALCULANDO EL EQUIVALENTE

THEVENIN ENTRE A y B

CALCULANDO EL EQUIVALENTE

THEVENIN ENTRE A y B

Se puede despreciar Rfe

Se puede despreciar Rfe

jXth Rth jXR’ IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

jXth Rth jXR’ IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

XXjR

jXUV

SSth

1

XXjR

jXUV

SSth

1

XXjR

jXjXRZ

SS

SSth

XXjR

jXjXRZ

SS

SSth

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7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona II

22

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

22

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

jXth Rth jXR’ IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

jXth Rth jXR’ IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+ 'XXj

S'R

R

V'I

RthR

th

thR

'XXjS

'RR

V'I

RthR

th

thR

22

2

23

3

'XXS

'RR

S'R

V'I

S'R

P

RthR

th

Rth

RR

g

22

2

23

3

'XXS

'RR

S'R

V'I

S'R

P

RthR

th

Rth

RR

g

)S(fTi )S(fTi 2

2

2

3

'XXS

'RR

S

'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

22

2

3

'XXS

'RR

S

'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

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7. 17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad I

1 Deslizamiento S

Par

Par deArranque

Par máximo

Par Nominal

0

Velocidad desincronismo

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

Zona de funcionamiento estable como motor

Zona de funcionamiento estable como motor

)S(fTi )S(fTi 221 ,

TT

nom

arr 221 ,TT

nom

arr

7281 ,,TT

nom

max 7281 ,,TT

nom

max

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7. 17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad II

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

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

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

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

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

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

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

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7.17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad III

Banda de dispersiónBanda de dispersión

Catálogos comerciales

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7.17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad IV

Catálogos comerciales

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7.18. Par máximo de un motor de inducción I

jXth Rth jXR’

IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

jXth Rth jXR’

IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

El par será máximo cuando Pg sea

máxima, es decir cuando se transfiera a

RR’/S la máxima potencia

El par será máximo cuando Pg sea

máxima, es decir cuando se transfiera a

RR’/S la máxima potencia

22 'XXRS

'RRthth

R 22 'XXRS

'RRthth

R TEOREMA

TRANSFERENCIA MÁX. POT

TEOREMA TRANSFERENCIA

MÁX. POT

22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

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7.18. Par máximo de un motor de inducción II

Resistencia rotórica creciente

STMAX1STMAX2STMAX3

Par

S

22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

22 'XXR

'RS

Rthth

RTMAX

EL deslizamiento al que se produce el par máximo SÍ

DEPENDE DE RR’

EL deslizamiento al que se produce el par máximo SÍ

DEPENDE DE RR’

Esta propiedad se usa para el arran-que mediante inserción de resisten-cias en

máquinas de rotor bobinado

Esta propiedad se usa para el arran-que mediante inserción de resisten-cias en

máquinas de rotor bobinado

El par máximo NO depende de la

resistencia rotórica RR’

El par máximo NO depende de la

resistencia rotórica RR’

22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

22

2

2

3

'XXRR

VT

RthththS

thmax

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7.19. Ensayo de rotor libre

SS-1

'R :0S Si R

SS-1

'R :0S Si R

Xs Rs

U1

I0

XR’

X Rfe

Ife I

RR’ Xs Rs

U1

I0

XR’

X Rfe

Ife I

RR’

En vacío S0:

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

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

00

3I

V

Z

Línea

0

03

I

V

Z

Línea

20

00

3 I

PR

XXRZX s2

02

00 XXRZX s2

02

00

I0(t)I0(t)

Motor girando sin cargaMotor girando sin carga

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

W1

W2

A

U1(t)U1(t)+

+

+

V y f nominalesV y f nominales

Z0

Impedancia por fase del

motor

Impedancia por fase del

motor000 jXRZ 000 jXRZ

femecestcu PPPWWP 210 femecestcu PPPWWP 210

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7.20. Ensayo de rotor bloqueado I

I1n(t)I1n(t)

Rotor bloqueadoRotor bloqueado

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

W1

W2

AUcc(t)Ucc(t)

+

+

+

V reducida e I nominalV reducida e I nominal

V

El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de ali-

mentación hasta que la corrien-te circulante sea la nominal

El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de ali-

mentación hasta que la corrien-te circulante sea la nominal

3ccU3ccU

Xs Rs

I1n

XR’ RR’ Xs Rs

I1n

XR’ RR’

Se puede despreciar la rama paralelo

Se puede despreciar la rama paralelo

Tensión de ensayomuy reducida

Tensión de ensayomuy reducida

Corriente por Xdespreciable

Corriente por Xdespreciable

Muy pocas pérdidas FeMuy pocas pérdidas Fe Rfe despreciableRfe despreciable

Zcc

cccccc jXRZ cccccc jXRZ

'RRR Rscc 'RRR Rscc

'XXX Rscc 'XXX Rscc Se elimina

rama paraleloSe elimina

rama paralelo

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7.20. Ensayo de rotor bloqueado II Xs Rs

I1n

XR’ RR’ Xs Rs

I1n

XR’ RR’

3ccU3ccU

Se puede despreciar la rama paralelo

Se puede despreciar la rama paralelo

Zcc

rotcuestcucc PPWWP 21 rotcuestcucc PPWWP 21

n

cc

cc I

U

Z1

3n

cc

cc I

U

Z1

32

13 n

cccc

I

PR

2

13 n

cccc

I

PR

CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTECÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO 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

XS y XR’ XS y XR’ Regla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motor

MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:

MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:

MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:

MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:

RS Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estator

RS Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estator

Page 28: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTECÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTE

7.20. Ensayo de rotor bloqueado III

SXXX 0 SXXX 0XX

Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias de rotor y estator

se aplica el resultado del ensayo de vacío

Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias de rotor y estator

se aplica el resultado del ensayo de vacío

RR’ Se obtiene restando a RCC (Ensayo de rotor bloqueado) el valor de RS (medición directa)Se obtiene restando a RCC (Ensayo de rotor

bloqueado) el valor de RS (medición directa) SccR RR'R SccR RR'R

Page 29: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

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

rien

te 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

rien

te A

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos I

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Velocidad de sincronismoVelocidad de sincronismo

Corrientede vacío

Corrientede vacío

Corrientenominal

Corrientenominal

Page 30: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

Potencia eléctrica absorbida en función de la velocidad

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 velocidad

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

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos II

Velocidad de sincronismoVelocidad de sincronismo

Potencia eléctrica consumida plena

carga

Potencia eléctrica consumida plena

carga

Page 31: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

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 %

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos III

Velocidad de sincronismoVelocidad de sincronismo

Rendimiento en vacío

Rendimiento en vacío

Rendimiento a plena cargaRendimiento a plena carga

Page 32: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

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

po

ten

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

po

ten

cia

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IV

Velocidad de sincronismoVelocidad de sincronismo

fdp en vacío

fdp en vacío

fdp a plena cargafdp a plena carga

Page 33: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

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

(Nm

)

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

(Nm

)

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos V

Velocidad de sincronismoVelocidad de sincronismo

Page 34: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos VI

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

NÚMERODE POLOS

VELOCIDADSINCRONISMO (RPM)

VELOCIDAD TÍPICAPLENA CARGA

2 3000 2900

4 1500 1440

6 1000 960

8 750 720

10 600 580

12 500 480

16 375 360

Page 35: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el

régimen permanente térmicoEvolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el

régimen permanente térmico

7.21. Características funcionales de los motores asíncronos VII

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Tª 114 ºC:Motor Clase F: Tª max= 155 ºC

Tª 114 ºC:Motor Clase F: Tª max= 155 ºC

Page 36: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño

del rotor I

Resistencia rotórica creciente

STMAX1STMAX2STMAX3

Par

S

EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJOEL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJO

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

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

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

deslizamiento elevado

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

deslizamiento elevado

gmi PSP 1 gmi PSP 1

Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es baja

Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es baja

Page 37: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño

del rotor II

Motor con RR’ elevada

Motor con RR’ elevada

Motor con RR’ baja

Motor con RR’ baja

Buen par de arranqueBuen par de arranque

Bajo rendimientoBajo rendimientoBajo par de arranqueBajo par de arranque

Buen rendimientoBuen rendimiento SOLUCIÓNSOLUCIÓN

MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA

ROTÓRICA

MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA

ROTÓRICA

DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIRO

DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIRO

Page 38: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

Barras de pequeña sección

Alta resistencia, baja reactancia de

dispersión

Alta resistencia, baja reactancia de

dispersión

Barras de ranura profunda

Resistencia baja elevada reactancia de

dispersión

Resistencia baja elevada reactancia de

dispersión

Doble jaula

Combina las propiedades de las

dos anteriores

Combina las propiedades de las

dos anteriores

Pueden usarse dos tipos de material con diferente resistividad

7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño

del rotor II

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

máquina

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

máquina

A menor sección

mayor RR’

A menor sección

mayor RR’

Page 39: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño

del rotor IIIRanura

estatóricaRanura

estatórica

Circuito equivalente de una barra rotórica

Resistencia Reactancia dispersión

La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = que el flujo de

dispersión

La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = que el flujo de

dispersión

Flujo de dispersión: se concentra hacia el interior

Flujo de dispersión: se concentra hacia el interior

Page 40: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

frotor ELEVADA

frotor ELEVADA

ARRANQUEARRANQUE S VALORES ELEVADOSS VALORES ELEVADOS

Reducción sección útil: aumento RR’

Reducción sección útil: aumento RR’

Aumento del par de

arranque

Aumento del par de

arranque

Efecto de la reactancia de dispersión

(2frotor*Ldispersión)MUY ACUSADO

Efecto de la reactancia de dispersión

(2frotor*Ldispersión)MUY ACUSADO

La corriente circula sólo por la parte más externa

de la barra

La corriente circula sólo por la parte más externa

de la barra

CONDICIONES NOMINALES

CONDICIONES NOMINALES

S VALORES BAJ0S

S VALORES BAJ0S

frotor BAJA

frotor BAJA

Mejora del rendimientoMejora del

rendimiento

Aumento sección util: Reducción RR’

y Par

Aumento sección util: Reducción RR’

y Par

La corriente circula por toda la sección de la barra

La corriente circula por toda la sección de la barra

Efecto de la reactancia de dispersión

(2frotor*Ldispersión)MUY POCO ACUSADO

Efecto de la reactancia de dispersión

(2frotor*Ldispersión)MUY POCO ACUSADO

Page 41: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

DURANTE EL ARRANQUE CIRCULA UN 41,93% DE LA

CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA BARRA

DURANTE EL FUNCIONA-MIENTO EN CONDICIO-NES NOMINALES CIRCU-LA UN

24,35% DE LA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA 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 real

MOTOR SIMULADOFabricante: SIEMENSPotencia: 11 kWTensión: 380 VCorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMPolos: 4

MOTOR SIMULADOFabricante: SIEMENSPotencia: 11 kWTensión: 380 VCorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMPolos: 4

Page 42: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

LÍNEAS DE CAMPO DURANTE EL ARRANQUE

LÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA-MIENTO NOMINAL

Las líneas de campose concentran en la

superficie

Las líneas de campose concentran en la

superficie

Simulación del campo real durante un arranque

Page 43: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA I

Clase BClase B

Clase AClase A

Clase CClase CClase DClase D

T/Tnom

S

1,5

2

2,5

3 Par de arranque bajo Par nominal con S<5% Corriente arranque elevada 5 – 8 In Rendimiento alto Uso en bombas, ventiladores,

máquina herramienta, etc, hasta 5,5 kW

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

MOTOR CLASE A

Page 44: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

Par arranque similar clase A Corriente arranque 25% < clase A Par nominal con S<5% Rendimiento Alto Aplicaciones similares al clase A pero

con < I arranque Son LOS MÁS UTILIZADOS

MOTOR CLASE B Par arranque elevado (2 veces Tnom

aprox.) Corriente de arranque baja Par nominal con S<5% Rendimiento Alto Aplicaciones que requieren alto par

de arranque Tmax < clase A

MOTOR CLASE C (Doble jaula)

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

requieren acelerar muy rápido

MOTOR CLASE D

7.23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA II

Page 45: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.24. Características mecánicas de las cargas más habituales de los motores de

inducción

Bombas centrífugas Compresores centrífugos Ventiladores y soplantes Centrifugadoras

TR=K*N2

Prensas Máquinas herramientas

TR=K*N

Máquinas elevación Cintas transportadoras Machacadoras y trituradoras Compresores y bombas de pistones

TR=K

Bobinadoras Máquinas fabricación chapa

TR=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

Page 46: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos I

Page 47: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

Arranque envacío

Arranque aplena carga

Corriente máximaCorriente máxima

Corriente máximaCorriente máxima

Corriente de vacío

tras alcanzar velocidad máxima

Corriente de vacío

tras alcanzar velocidad máxima

Corriente nominal

tras alcanzar velocidad máxima

Corriente nominal

tras alcanzar velocidad máxima

Duración del arranque

Duración del arranque

LA CORRIENTE MÁXIMA NO DE-PENDE DE LA

CARGA

LA CORRIENTE MÁXIMA NO DE-PENDE DE LA

CARGAFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Page 48: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos II

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

específicos para el arranque

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

específicos para el arranque

Sólo válido en motores pequeños o en las centrales eléctricas

Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos rozantes

El método más barato y utilizado

Reducción de la tensión durante el arranque mediante autotrafo

Gobierno del motor durante el arranque por equipo electrónico

Métodos de arranque

Métodos de arranque

Arranque directo de la redArranque directo de la red

Arranque mediante inserción de resistencias en el rotor

Arranque mediante inserción de resistencias en el rotor

Arranque estrella – triánguloArranque estrella – triángulo

Arranque con autotransformadorArranque con autotransformador

Arranque con arrancadores estáticosArranque con arrancadores estáticos

Page 49: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos III

22

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

22

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

22 'XX'RR

V'I

RthRth

tharranqueR

22 'XX'RR

V'I

RthRth

tharranqueR

PAR DE ARRANQUE

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

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

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

22

2

3

'XXS

'RR

S

'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

22

2

3

'XXS

'RR

S

'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

22

23

'XX'RR

'RVPT

RthRth

Rth

SS

gArranque

22

23

'XX'RR

'RVPT

RthRth

Rth

SS

gArranque

23ArranqueRR

SArranque 'I'RT

23

ArranqueRRS

Arranque 'I'RT

Page 50: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos V: arranque por inserción de resistencias

rotóricasResistencia rotórica crecienteResistencia rotórica creciente

RR’1RR’1

ParPar

SS

RR’2RR’2

RR’3RR’3

Para el arranque de la máquina se introducen

resistencias entre los anillos rozantes que se

van eliminando conforme aumenta la

velocidad de giro

Para el arranque de la máquina se introducen

resistencias entre los anillos rozantes que se

van eliminando conforme aumenta la

velocidad de giro

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

Page 51: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos VI: arranque mediante autotrafo

C3

M

C2

C1

R

S

T

C3

M

C2

C1

R

S

TPara el arranque de la máquina se introduce

un autotransformador reductor (rt>1) Para el arranque de la máquina se introduce

un autotransformador reductor (rt>1)

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

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

En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado

del autotrafo

En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado

del autotrafo

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

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

Page 52: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

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 autotransformador

Ligera caída de tensión

Page 53: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella - triángulo

Xs RsIarrXR’ RR’

3líneaV

Xs RsIarrXR’ RR’

3líneaV Se desprecia la

rama en paraleloSe desprecia la

rama en paralelo S=1

Circuito equivalente del motor durante el arranque

ZccIarr

3líneaV

ZccIarr

3líneaV

CC

línea

arranque Z

V

I 3CC

línea

arranque Z

V

I 3

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

ha elevado su velocidad

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

Page 54: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

7.25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella - triángulo

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

3triánguloarrI Iarr-triángulo

Vlínea

CC

línea

estrellaarr Z

V

I 3CC

línea

estrellaarr Z

V

I 3CC

líneatriánguloarr Z

VI 3

CC

líneatriánguloarr Z

VI 3

3triánguloarr

estrellaarr

II

3

triánguloarrestrellaarr

II

Page 55: 7.11. Ventajas de los motores de inducción l La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado.

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

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

3triánguloarrI Iarr-triángulo

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc

3triánguloarrI Iarr-triángulo

Vlínea

3triánguloarr

estrellaarr

II

3

triánguloarrestrellaarr

II

23ArranqueRR

SArranque 'I'RT

23

ArranqueRRS

Arranque 'I'RT

23estrellaArrRR

SestrellaArr 'I'RT

23

estrellaArrRRS

estrellaArr 'I'RT

2

3

3

triánguloArrR

RS

triánguloArr

'I'RT

2

3

3

triánguloArrR

RS

triánguloArr

'I'RT

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Arrancadores estáticos con microprocesador de potencias hasta 2500 kW 7200V

Arrancador 90 kW 690VArrancador 90 kW 690V

Arrancador 4 kWArrancador para

aplicaciones navales y militares

Arrancadoresestáticos

Catálogos comerciales

Catálogos comerciales

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7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos I

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

utilizan para lograr el frenado.

FRENADO REGENERATIVO O POR RECUPERACIÓN DE ENERGÍA

FRENADO POR CONTRACORRIENTE O CONTRAMARCHA

FRENADO DINÁMICO (Por inyección de CC)

TIPOS DE FRENADO ELÉCTRICO

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Par resistentePar resistente

Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)

ParPar

Curva de funcionamiento con

2P polos

Curva de funcionamiento con

P polos

NsPNs2PFRENADO REGENERATIVO

7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos II

Zona de funcionamiento como

freno

Para frenar se modifican las conexiones del estator pasando de P polos a 2P polos. El frenado se consigue al convertirse el motor en generador. La energía generada se disipa en resistencias o se

devuelve a la red

Pf

N Ps

60

2 Pf

N Ps

60

2

PsPs NP

fP

fN 22

602

2

60

PsPs N

Pf

Pf

N 2260

2

2

60

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7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos III

MRST

MRST

Funcionamiento normal: giro en un sentido

Frenado a contracorriente: inver-sión del sentido de giro

Par resistentePar resistente

CorrienteCorrienteGiro horarioGiro horario

Giro anti- horario

Giro anti- horario

ZONA DE FRENOZONA DE FRENO

S>1S>1

SS

S

S

S

NN

NNN

NNN

S

1

SS

S

S

S

NN

NNN

NNN

S

1

21 SS 21 SS

Par de frenado bajo Frenado en zona inesta-ble de

la curva Par-S Corriente durante el fre-nado

muy alta Solicitación del rotor muy

elevada Necesario construcción especial

LIMITACIONES

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7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IV

El FRENADO DINÁMICO consiste en dos acciones sobre el funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en alterna e inyección de CC por el estator.

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

Equipo para el frenado de motores asíncronos por inyección

de CC (Potencia 315 kW)

Catálogos comerciales

Resistencias para frenado reostático de motores

Catálogos comerciales

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7.27. Cálculo de tiempos de arranque y frenado

dmrJ 2 dmrJ 2 2mKg 2mKgMomento de inercia de un cuerpo de

masa m respecto a un eje. r es la distancia al eje

dtd

JJTT argcmotR

dtd

JJTT argcmotR

Ecuación de la dinámica de rotación: T es el par motor, TR el par resistente Jmot el

momento de inercia del motor, Jcarg el de la carga y la pulsación de giro

dTT

JJt

nominal

R

argcmotarranque

0

dTT

JJt

nominal

R

argcmotarranque

0

Integrando la ecuación se obtiene el tiempo de

arranque

dTTT

JJt

nominalfrenoR

argcmotfrenado

0

dTTT

JJt

nominalfrenoR

argcmotfrenado

0 TR+ Tfreno es el par

resistente total si se incluye un procedimiento

adicional de frenado

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7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos I

Variación de la velocidad de giro de la máquina

Variación de la velocidad del campo giratorio

Variar PVariar f

Cambio en la conexión del

estator

Variación discreta de la

velocidad

Sólo posible 2 o 3 velocidades distintas

Motores con devanados especiales

Equipo eléctrónico para variar

frecuencia de red

Control de velocidad en cualquier rango

para cualquier motor

Pf

NS

60P

fNS

60

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7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos II: métodos

particularesResistencia rotórica crecienteResistencia rotórica creciente

RR’1RR’1

ParPar

SS

RR’2RR’2

RR’3RR’3

Variación de la velocidad

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR INSERCIÓN DE RESISTENCIAS ROTÓRICAS EN MOTORES DE

ROTOR BOBINADO

Variación de la velocidad

Variación de la velocidad

0,8Vn0,8Vn

VnVn

Reducción tensiónReducción tensiónParPar

SS

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR REDUCCIÓN DE LA TENSIÓN

BAJO RANGO DE VARIACIÓN

REDUCCIÓN DEL PAR MOTORBAJO RANGO DE VARIACIÓN

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7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos III: Variación de la

frecuencia

fnfn

Reducción frecuenciaReducción frecuenciaParPar

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA FRECUENCIA

NSNS

0,75fn0,75fn

0,75NS0,75NS

0,5fn0,5fn

0,5NS0,5NS

SS

Pf

NS

60P

fNS

60

VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE VARIAR DE FORMA

CONTÍNUA LA VELOCIDAD

VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE VARIAR DE FORMA

CONTÍNUA LA VELOCIDAD

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

mantener la relación V/f constante: al disminuir f se aumenta V y viceversa

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

mantener la relación V/f constante: al disminuir f se aumenta V y viceversa

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7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos III: variación de la

frecuencia

Rectificador Inversor

Motor deInducción

Sistemaeléctricotrifásico

FiltroRectificador Inversor

Motor deInducción

Sistemaeléctricotrifásico

Filtro

INVERSOR 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

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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 inversor I

Tensión del rectificador sin filtro Tensión del rectificador con filtro

La tensión después del condensador es continuaLa tensión después del

condensador es continua

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Funcionamiento del inversor II

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

señal (moduladora) senoidal

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

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

Rmot Smot Tmot

Bus detensióncontínua

Rmot Smot Tmot

Bus detensióncontínua

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

con la que es alimentado

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Funcionamiento del inversor III

1/f1

-1

0

1

0 1/2f1

A

1 /f 1

-1

0

1

0 1 /2 f 1

B

Rmot Smot Tmot

Bus detensióncontínua

Rmot Smot Tmot

Bus detensióncontínua

20 mS0 20 mS0

Señales modula-dora y portadora

Señales modula-dora y portadora

TENSIÓN DE SALIDA EN LA

FASE R

1

2

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

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

vectorialInversor 0,75 kW

0 – 120 Hz para control de máquina herramienta

Inversor 2,2kW 0 – 400Hz de propósito

general

Convertidor para motor de CC

Variadoresde

velocidad

Catálogos comerciales

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7.29. Selección de un motor para una aplicación específica

SELECCIONAR CARCASA Y NIVEL DE PROTECCIÓN (IP)

SELECCIÓNAR POTENCIA EN FUCIÓN DE LA POTENCIA

NECESARIA PARA ARRASTRA LA CARGA

SELECCIONAR VELOCIDAD (P) EN FUNCIÓN VELOCIDAD CARGA

SELECCIONAR FORMA NORMALIZADA DE MONTAJE EN

FUNCIÓN DE UBICACIÓN

SELECCIONAR CLASE DE AISLAMIENTO EN FUNCIÓN Tª

ESPERADA Y AMBIENTE DE TRABAJO

SELECCIONAR CARACTERÍSTICA MECÁNICA EN FUNCIÓN DE PAR DE ARRANQUE Y RESISTENTE DE

LA CARGAABB – “Guide for selecting a motor”

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7.30. La máquina asíncrona como generador

La máquina asíncrona se puede utilizar como generador

Por encima de la velocidad de sincronismo el par se vuelve resistente y entrega energía

eléctrica

Los generadores asíncronos se utilizan en sistemas de generación donde la

fuente primaria es muy variable: energía eólica e hidraúlica

La máquina asíncrona convierte energía mecánica en eléctrica

siempre que trabaja por encima de la velocidad de sincronismo. NO ES

NECESARIO QUE GIRE A VELOCIDAD CONSTANTE

En la actualidad existen máquinas con doble alimentación rotor – estator para mejorar el

rendimiento en generación eólica e hidráulica