Cap6_Motores de Inducción

Cap6_Motores de Inducción

Máquinas Eléctricas

Prof. Andrés J. Díaz Castillo PhD

20/04/23 6. Motor de induccion, Maquinas Eleectricas, Dr. A. Diaz

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Contenido• Introducción• Construcción• Campo magnético Rotativo• Slip y velocidad del motor• Voltaje inducido en el rotor• Circuito del rotor• Diagrama representativo• Característica del motor de inducción


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Introducción

• El motor de inducción es el motor mas utilizado en la industria y electrodomésticos de gran potencia (Lavadora, secadora, Nevera, bomba de agua, Aire acondicionado.

• Esto es debido a su robustez, fácil construcción y mantenimiento.

• Sin embargo este motor también tiene algunas desventajas.– No se cambia la velocidad tan fácilmente– Requiere una corriente grande de arranque– Posee bajo factor de potencia – Necesita alimentación trifásica o mecanismo de arranque para

operarse con una sola fase.


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Construcción• El embobinado que recibe la

corriente externa esta en el estator.

• En el rotor circula una corriente que es producida por el voltaje inducido desde el estator.

• El rotor consiste en una jaula compuestas de barras paralelas que estan cortocircuitadas por dos anillos (jaula de ardilla o squirrel-cage). Esta jaula esta empotrada en placas de hierro formando una masa de hierro dificil de distinguir.


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Esquemático del motor de Inducción

• El motor de inducción o asincrónico que asemeja a un transformador trifásico.

• Algunos de ellos tienen conexiones en el secundario (rotor) externas que sirven para controlar la corriente y el torque. Estas conexiones se hacen a través de anillos y escobillas. Estos motores se conocen como motores de rotor bobinado.


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Campo magnético giratorio• El principio de operación de un

motor de inducción esta basado en el campo magnético giratorio.

• Este campo es creado por los devanados trifásicos del estator.

• La corriente que circula en los tres devanados se compone en forma vectorial y resulta un vector (Campo) que gira en sentido de la manecilla del relog si los devanados de las fases A,B, y C fueron conectados correctamente a sus respectivas fases a, b y c.


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Velocidad del campo rotatorio

• Este campo gira a la frecuencia de la onda sinusoidal

• F=60Hz RPM=3600• Si el bobinado del estator

posee mas de un par de polo por fase la velocidad se reduce a

• ns=120*f/Polos/fase rpm


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Desarrollo de torque

• El campo giratorio del estator induce un voltaje en el rotor.

• Este voltaje produce una corriente dentro del rotor que reacciona dentro del motor con el campo del estator y produce un torque que lo hace girar.

• El rotor gira en la misma dirección que el campo magnético tratándolo de alcanzar.


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Slip y velocidad del rotor

• El rotor nunca alcanza la velocidad sincrónica del estator, ya que si lo hace ningún flujo corta el rotor desapareciendo el voltaje inducido y por tanto el torque.

• Es por eso que el motor de inducción recibe el nombre también de asincrónico.

• La diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo giratorio se conoce como slip y es una variable importante en todas las ecuaciones del motor de inducción ya que tanto el torque como la velocidad se miden en función de este.

%100 x ns

nrnsslips


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Velocidad voltaje y frecuencia en el rotor

• En términos de s la velocidad del rotor se define por la siguiente ecuación

• El voltaje inducido en el rotor es función del voltaje máximo (rotor bloqueado EBR) y el slip.

• La frecuencia del rotor también es una función del slip

min/ 1 rnsn sr

BRr sEE

fsfR x


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Ejemplo de Velocidad del rotor• Un motor trifásico 60Hz 4 polos 220V. El bobinado del rotor tiene

40% de espiras que el estator. Calcule para una velocidad de 1710 RPM.

• a) slip, b)EBR, c)Er d) EBR lines e)fr


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Circuito del rotor

• La corriente en el rotor es dada por la ecuación.

22BRR

BRR

sXR

sEI

Que se expresa mejor como

22 / BRR

BRR

XsR

EI

El termino Rr/s se puede descomponer en dos

s

sRR

s

RRR

R 1

La primera parte es la resistencia del rotor y las segunda parte es la resistencia que representa la potencia mecánica desarrollada en el rot


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Circuito del rotor (2)• Multiplicando ambos

términos por el cuadrado de la corriente obtenemos

s

sRI

s

RI

s

RI RR

RR

RR

1222

La potencia de entrada RPI al rotor se divide en dos: Potencia que se pierde en la resistencia del rotor RCL y potencia que se transforma en energía mecánica RPD

La potencia desarrollada equivale a:

60/2

rr

Rd

nw

WTwP

El torque se puede obtener como

rd w

RPDt


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Diagrama completo del motor

• Si tomamos en cuenta la resistencia e inductancia del estator obtenemos una corriente del rotor igual a

''1'

/ RsRsR XXjsRR

VI

También existe una corriente adicional Im igual a

mJX

V1Im


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Ejemplo de potencia desarrollada• Un motor trifásico de 220V 60hz 10HP 6 polos tiene las siguientes características• Rs=0.344 Rr=0.147 xs=0.498 Xr=0.221 Xm=12.6 encuentre la corriente de línea

y el power factor• El torque y potencia de salida y la eficiencia para un slip de 2.8%


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Característica de motor de Inducción

• Un motor de inducción tiene un torque de arranque menor que el máximo

• Va incrementándose hasta un máximo y luego se reduce a cero a la velocidad sincrónica


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Torque de arranque

• El torque de arranque de un motor de inducción vienen dado por la ecuación

s

stst w

RPIT

60/**2 ss nw

2'2'

1'

srRs

str

XXRR

VI

RstRst RIRPI 2'*3


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Ejemplo de torque de arranque

• Calcule el torque de arranque del ejemplo anterior. Rs=0.344 Rr=0.147 xs=0.498 Xr=0.221 xm=12.6

A

XXRR

VI

srRs

str 45.1452'2'

1'

WRIRPI RstRst 9330*3 2'

sradn

w ss /7.125

60

**2

mNw

RPIT

s

stst .2.74


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Máximo torque

• El máximo torque de un motor se obtiene a un valor de slip dado por la ecuación

'2

'

Rss

Rmt

XXR

RS

El valor del torque se obtiene con la potencia desarrollada y la velocidad del rotor. Rmt

rotmt

w

PRPDT

max

mt

mtRRmt S

SRIRPD

)1(**3 '2'

)1( mtSRmt Sww


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Ejemplo de máximo torque

• Encuentre el máximo torque del motor del ejemplo anterior.

184.0'2

'

Rss

Rmt

XXR

RS

A

XXSR

R

VI

srmt

Rs

str 94.932'

2'

1'

WS

SRIRPD

mt

mtRRmt 17264

)1(**3 '2'

MNw

PRPDT

Rmt

rotmt .9.165max

EJEMPLO DE MOTOR CON ROTOR BOBINADOEncuentre el torque de arranque y el máximo torque si le añadimos una resistencia externa al rotor de 0.264.


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Motor de rotor bobinado

• Debido a que las características del motor de inducción depende de la resistencia es posible variar esta si embobinamos el motor y le hacemos una conexión externa a travéz de anillo.

• Aumentando la resistencia del rotor a travéz de resistencia externa podemos conseguir;

– Mayor torque de arranque – Menor corriente de arranque– Podemos cambiar la velocidad en un mayor rango.

• Además podemos Mejorar la eficiencia si almacenamos esa energía disipada en las resistencias.


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