UNIVERSIDAD DE TARAPACA Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica EIEE

Integrantes:

Javier Mendoza Ramirez Karla Beyzaga Vctor Calle

INTRODUCCION

Un motor de induccin lineal es un tipo de motor asncrono en el que se ha sustituido el movimiento de rotacin de la maquina por uno de traslacin, lo cual confiere unas peculiares caractersticas que lo hacen aplicable a una diversidad de casos prcticos. Este motor se puede considerar que se deriva de la maquina convencional, por el desarrollo de la misma al cortarle por una generatriz. Al aplicar un sistema trifsico de corrientes al estator se produce un campo magntico que se propaga a la velocidad del sincronismo por el entrehierro de la mquina, que al reaccionar con el campo inductor producen una fuerza de traslacin que obliga a mover al rotor. El sistema tiene las ventajas de poder trabajar con velocidades ilimitada, ya que ningn elemento est sometido a velocidades centrifugas.

MARCO TEORICO

Primero consideremos un motor trifsico de 4 polos estndar conectado en Y, cuya velocidad sncrona es 1800 r/min. Cortemos el estator por la mitad, de modo que eliminemos la mitad del devanado y solo queden los polos N y S completos (por fase). A continuacin, conectemos las tres fases en Y, sin realizar ningn otro cambio a las conexiones a las bobinas existentes. Por ltimo, conectemos el rotor original sobre este estator seccionado y dejemos un pequeo entrehierro.

Si conectamos los terminales del estator a una fuente trifsica de 60 Hz, el rotor girar otra vez a casi 1800 r/min. Para evitar la saturacin, debemos reducir el voltaje a la mitad de su valor original porque el devanado del estator ahora tiene solo la mitad del nmero original de vueltas. En estas condiciones, este notable motor seccionado truncado sigue desarrollando aproximadamente el 20 por ciento de su potencia nominal original. El motor seccionado produce un campo rotatorio que se mueve a la misma velocidad perifrica que el flujo en el motor trifsico original. Sin embargo, en lugar de realizar una vuelta completa, el campo simplemente viaja de manera continua de un extremo del estator al otro.

MOTOR DE INDUCCION LINEAL Es obvio que el motor seccionado se podra colocar plano, sin afectar la forma ni la velocidad del campo magntico. El estator seccionado se podra colocar plano, sin afectar la forma ni la velocidad del campo magntico. Este estator plano produce un campo que se mueve a velocidad constante, en lnea recta. El flujo viaja a una velocidad sncrona dada por:

Donde Vs = velocidad lineal sncrona (m/s) W = ancho de un paso de polo (m) F = frecuencia (Hz) Se observa que la velocidad lineal no depende del nmero de polos sino del paso de los polos. De este modo, un estator lineal de 2 polos puede crear un campo que se mueva a la misma velocidad que la de un estator lineal de 6 polos (por ejemplo), siempre que tengan el mismo paso de polo. Si se coloca un devanado de jaula de ardilla plano cerca del estator plano, el campo mvil arrastra la jaula de ardilla junto con l. En la prctica, por lo general se utiliza una simple placa de cobre o aluminio como rotor.

Adems, para incrementar la potencia y reducir la reluctancia de la trayectoria magntica, se utilizan dos estatores planos montados frente a frente, en los lados opuestos de la placa de

aluminio. La combinacin se llama MOTOR DE INDUCCION LINEAL .la direccin del motor se puede invertir intercambiando dos conductores cualquiera del estator. En muchas aplicaciones prcticas, el rotor esta inmvil mientras el estator se mueve. Por ejemplo en algunos trenes de alta velocidad, el rotor se compone de una placa gruesa de aluminio fija y que extiende a todo lo largo de la va. El estator lineal esta atornillado al carro del tren y montado en la placa. La velocidad del tren se vara cambiando la frecuencia.

En ocasiones se tiene la impresin de que cuando el flujo llega al extremo del estator lineal, debe haber un cierto retraso antes de que regrese para reiniciarse una vez ms al principio. Este no es el caso. El motor lineal produce una ONDA VIAJERA de flujo que se mueve continua y uniformemente de un extremo del estator al otro. El flujo corta limpiamente las extremidades A y B del estator. Sin embargo, en cuanto desaparece el polo N o S a la derecha, se forma otra vez a la izquierda.

PROPIEDADES DE UN MOTOR LINEAL

Las propiedades de un motor de induccin lineal son idnticas a las de una maquina rotatoria estndar. Por consiguiente, las ecuaciones para el deslizamiento, impulso, potencia, etc., tambin son iguales. Deslizamiento. El deslizamiento est definido por:

Donde s : deslizamiento : Velocidad lineal sncrona (m/s) : Velocidad del rotor o estator (m/s) Flujo de potencia activa. La potencia activa fluye a travs de un motor lineal del mismo modo que a travs de un motor rotatorio, excepto que el estator y el rotor son planos. Por lo tanto:

Impulso. El impulso o fuerza desarrollada por un motor de induccin lineal est dado por:

Donde

: impulso (N) : Potencia transmitida al motor (W) : Velocidad sncrona lineal (m/s)

Principio de funcionamiento Para comprender cmo se pueden cumplir las condiciones de funcionamiento de la mquina se definirn sus dos partes principales: primario y secundario. El primario o parte activa es el componente que se desplaza y contiene el devanado generador de flujo magntico, , encargado de inducir el voltaje requerido para realizar el movimiento deseado. El secundario es la parte pasiva, llamada as porque toda la energa con que cuenta es transferida desde el primario; fsicamente corresponde a la pista por donde el vehculo se mueve Sabiendo que la mquina real cuenta con un devanado es un conjunto de bobinas con un tipo de conexin especial, se puede calcular inicialmente las relaciones sobre una sola de ellas. Mediante la ley de Ampere se sabe que la fuerza magneto motriz, Fmm, producida por una corriente, I, que circula en una bobina de N vueltas tiene forma cuadrada; sin embargo, se tendr en cuenta nicamente la componente senoidal fundamental, debido a que as se reduce la dificultad de los clculos y se comete un error apenas cercano al 2% . As:

(1)

Esta expresin presenta nicamente la variacin espacial para la fuerza magneto motriz. En (1) el factor es causado por la descomposicin de Fourier cuando se toma Fmm/2 como amplitud de es una constante que relaciona los 180 mecnicos de la

la seal cuadrada; adicionalmente,

bobina con la distancia que ocupa un polo magntico, el cual es denotado como ; finalmente x es la distancia medida en radianes. Si se tiene en cuenta el efecto que la fuerza magneto motriz ejerce sobre el secundario a una distancia g conocida como entrehierro se habr calculado cul es la intensidad de campo magntico, H, como muestra la siguiente expresin:

(2)En (2) Neg es el nmero de bobinas por grupo a lo largo de todo el devanado en una fase, y P es el nmero de pares de polos. De esta forma se ha calculado la intensidad de campo producido por una nica fase, Hfase. Ahora se tomar nicamente la magnitud de la intensidad de campo, expresada como densidad de campo, Bfase, lo cual se logra introduciendo el concepto de permeabilidad magntica, campo. , que es una propiedad del material que conforma el camino para el

(3)

Dado que la disposicin del devanando es trifsica, la corriente de cada fase tiene forma senoidal, dependendiente del tiempo. Para relacionar estas variaciones y facilitar su escritura se tendr en cuenta que la distribucin espacial es sinusoidal, luego puede escribirse como coseno o seno, seleccionando un punto en el cual la distribucin mecnica y elctrica coincida. Este puede ser t=0, cuando =0; por lo tanto el campo sobre la superficie del devanado debe ser cero, coincidiendo as las distribuciones espacial y temporal. Bajo estas consideraciones resulta:

(4a) (4b) (4c)Bmx corresponde a la densidad de campo sobre la superficie del devanado. Sumando los campos descritos por las ecuaciones 4a, 4b y 4c se halla la densidad de campo total en el primario, conocida como onda viajera:

(5)Esta ecuacin representa el concepto ms importante en el funcionamiento de la mquina, consistente en una onda senoidal que viaja por el primario formando polos magnticos que se desplazan dependiendo de las dimensiones fsicas del primario y de los parmetros de alimentacin elctrica del devanado.

LEVITACIN MAGNETICA

Veamos ahora que un imn permanente en movimiento que pasa a travs de una escalera conductora, tiende a arrastrarla junto a l. Ahora veremos que esta fuerza de atraccin horizontal tambin es acompaada por una fuerza vertical, la cual tiende a dejar el imn alejndolo de la escalera.

Examinando la siguiente figura suponga que los conductores 1, 2, 3 son tres conductores de la escalera estacionaria. El centro del polo N del imn pasa por la parte superior del conductor 2. El voltaje inducido en este conductor es mximo porque la densidad de flujo es muy grande en el centro del polo. Si el imn se mueve con mucha lentitud, la corriente inducida resultante alcanza su valor mximo prcticamente al mismo tiempo. Esta corriente, que regresa por los conductores 1 y 3, crea polos magnticos nnn y sss como se muestra. De acuerdo con las leyes de atraccin y repulsin, la mitad frontal del imn es repelida hacia arriba mientras que la mitad posterior es atrada hacia abajo. Como la distribucin de los polos nnn y sss es simtrica con respecto al imn, las fuerzas verticales de atraccin y repulsin son iguales y la fuerza vertical resultante es nula. Por consiguiente, solo tiene una fuerza de traccin horizontal.

Pero suponga ahora que el imn se mueve muy rpido. Por su inductancia, la corriente del conductor 2 alcanza su valor mximo una fraccin de segundo despus de que el voltaje ha alcanzado su mximo. Por lo tanto la corriente del conductor 2 es mxima, el centro del imn ya est una cierta distancia adelante del conductor. La corriente que regresa por los conductores 1 y 3 crea de nuevo polos nnn y sss; no obstante, ahora el polo N del imn est directamente sobre un polo nnn, por lo que una gran fuerza vertical tiende a empujar el imn hacia arriba. Este efecto se conoce como PRINCIPIO DE LEVITACIN MAGNETICA.

La levitacin magntica se utiliza en algunos trenes de alta velocidad que se deslizan sobre un cojn magntico y no sobre ruedas. Un poderoso electroimn fijo debajo del tren se mueve sobre un riel conductor e induce corrientes en ste del mismo modo que en nuestra escalera. La fuerza de levitacin siempre est acompaada por una pequea fuerza de frenado horizontal que, desde luego, debe ser superada por el motor lineal que impulsa el tren.

APLICACIONES DE LA MAQUINA DE INDUCCION LINEAL

Las mquinas de induccin lineal debido a su forma de funcionar pueden ser utilizadas en las siguientes aplicaciones: Transporte (trenes) Elevadores Catapultas y Lanzaderas Compresores y bombas

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Robtica y Manejo de Materiales Puerta Deslizantes Etc.

TRANSPORTE (tren)

Los vehculos actuales llegan a altas velocidades, pero solo hasta un tope que es marcado por el peso, el tipo de combustible, o el roce con el aire y de las partes mecnicas (entre otras cosas), que impiden una mayor velocidad y ms comodidad. Pero todos estos problemas actuales se minimizaran con un auto de levitacin magntica. Actualmente hay vehculos de transporte que funcionan levitando, estos vehculos funcionan gracias a motores de induccin lineales y magnetos superconductores, gracias a lo cual no hay roce del vehculo con el camino; reducindose entonces el ruido y las vibraciones , por lo tanto se pueden llegar a velocidades alrededor de 500 km/h, nada mal para el transporte masivo.

Funcionamiento Expliquemos primero la superconductividad. Cuando algunos metales se enfran por debajo de su temperatura especfica su resistencia elctrica casi desaparece. A esto se le denomina superconductividad. Una vez que la corriente se aplica a una bobina de metal superconductor, que sigue fluyendo de manera permanente y sin prdida. Esta bobina puede generar decenas de veces ms fuerte campo magntico que la de permanentes imanes.

Al pasar corriente a travs de las bobinas de propulsin en el suelo, un campo magntico (los polos norte y sur) se produce , entonces el tren es propulsado hacia adelante por la fuerza de atraccin entre polos opuestos y la fuerza de repulsin de los mismos polos que actan entre las bobinas y los imanes superconductores de los vehculos. Cuando los imanes superconductores de los vehculos pasan a travs de flujos de corriente de alta velocidad a travs de la levitacin y de las bobinas entonces se producen con ms fuerza electrodinamos de levitacin hacia los vehculos.

ELEVADORES Con la levitacin que producen los motores de induccin lineales se pueden tambin generar elevadores ms eficientes y seguros, con un mximo tiempo de funcionamiento. Este sistema funciona de manera similar al tren de alta velocidad, solo que se acelera a menor velocidad.

COMPRESOR LINEAL Es un dispositivo que funciona a base de un pistn de desplazamiento positivo en el cual el compresor es conducido directamente por un pistn de motor lineal, en lugar de un motor rotativo acoplado a un mecanismo mecnico como en un compresor de pistones convencionales.

CATAPULTAS El motor lineal supera la eficiencia de las catapultas de pistones a vapor. La sustitucin de lanzamiento de aviones navales ofrece gran cantidad de beneficios tcticos y operativos. Para la aviacin naval puede significar el fin de la era del vapor. En 2005 arquitectos navales comenzaron a sustituir las enormes catapultas de vapor de los portaviones por el SISTEMA ELECTROMAGNETICO DE LANZAMIENTO DE AVIONES (EMALS siglas en ingles) El EMALS traera una serie de mejoras en el diseo de barcos y en la aviacin naval. Con un empuje mximo de 132000kg-f, EMALS ofrece un 28% ms de empuje que las catapultas de vapor.

CONCLUSIONES

Los motores de induccin presentan grandes ventajas en algunas aplicaciones, ya que el movimiento se obtiene sin utilizar ruedas, engranajes o cualquier otro dispositivo mecnico.

Pero sin embargo, presenta algunos inconvenientes como las fuerzas de atraccin entre el estator y el rotor que son mucho ms elevadas que la fuerza de traslacin de la maquina; o tambin que debido a la simetra de los devanado se obtienen deformaciones en el campo de las extremidades de los miembros ms cortos. En fin, hay otras caractersticas que hacen atractiva esta tecnologa, pero todo eso se est solucionando y pronto veremos mucho ms aplicaciones de esta mquina elctrica.