Datos a Considerar:Datos a Considerar:

• Motores Sincrónicos son mas caros que Motores Sincrónicos son mas caros que motores inducción son viables después de motores inducción son viables después de 1000 Hp, se usan para generar, Existen de 1000 Hp, se usan para generar, Existen de 750 Hp.750 Hp.

• +de 3 Hp se utiliza un sistema para +de 3 Hp se utiliza un sistema para arrancar, (motor de inducción)arrancar, (motor de inducción)

• Duración de motor de inducción es de 12 Duración de motor de inducción es de 12 años +- 3 años.años +- 3 años.

• Motor de corriente continua vale 3 a 4 Motor de corriente continua vale 3 a 4 Veces uno de inducción. Veces uno de inducción.

El campo giratorioEl campo giratorio en en CACAConceptos preliminaresConceptos preliminares

En los motores de CC conmutados electrónicamente se vio que la conmutación se utiliza para “movermover” la dirección del campo magnético del estator desde una posición a otra, mediante la conexión de distintos devanados (siguiendo una secuencia preestablecida).

En los motores de CA ocurre un efecto similar. Sin embargo, el campo giratoriocampo giratorio es producido por las variaciones graduales que va experimentando la onda sinusoidal de la corriente que circula por los devanados del estator.

La forma simplificada de cómo está constituido un motor de CA es la que se muestra a continuación:

Configuración de un motor de CAConfiguración de un motor de CAVB

VA

Polos de lafase A

Polos de lafase B

Fuentes de CAdesfasadas 90°

entre sí.

Configuración de un motor de CAConfiguración de un motor de CA

Forma de creacióndel campo giratorioen un motor bifásico

Contribución Fase A

Contribución Fase B

Flujo Neto Resultante

Polos por fasePolos por faseEl número de polos de un motor de CA no necesariamente coincide con el número de fases. Al indicar el número de polos de un motor se refiere a la “cantidad de polos por fasecantidad de polos por fase”.

Dos fases ycuatro polos

VA

VB

VB

VA

PolosFase A

PolosFase B

Plano de devanado delos polos de la Fase A

Giro del flujo de campoGiro del flujo de campoLa distribución mecánica del flujo en un motor dependerá del instante de la señal sinusoidal de excitación. En la siguiente figura se muestra la distribución del flujo para un motor de cuatro polos, en los instantes 0°, 90° y 180°:

N

N

S S

N

NS

S

N N

S

S

0° 90° 180°

Giro del flujo de campoGiro del flujo de campo

La velocidad de rotación del campo de flujo va a depender de la cantidad de polos que tenga el motor. Por ejemplo, en un motor de dos polos excitado con una frecuencia sinusoidal de 50Hz, el campo giratorio dará 50 giros un segundo, mientras que si el motor fuese de 4 polos, sólo dará 25 giros en el mismo tiempo.

En general, puede decirse que:

P

fv

120sinc

donde:• f : frecuencia; y• P : Número de polos.

vsinc: velocidad síncrona.

f ) f ) Motores de jaula de Motores de jaula de ardilla monofásicosardilla monofásicos

El rotor “Jaula de Ardilla”El rotor “Jaula de Ardilla”La estructura de este tipo de rotor, como su nombre lo indica, tiene la forma de una jaula de ardilla, tal como se muestra en la siguiente figura:

Se trata de barras conductoras unidas por anillos terminales de aluminio o cobre. Generalmente tienen un núcleo de una aleación de hierro, con buena permeabilidad magnética.

El rotor “Jaula de Ardilla”El rotor “Jaula de Ardilla”

Cuando el campo del estator cruza las barras conductoras del rotor, induce un voltaje en las mismas, produciendo una

circulación de corriente entre las barras y el anillo que las une. Este campo magnético producido en el rotor se opondrá al

campo del estator, provocando un giro en el rotor, tratando de seguir al campo giratorio. Es por esto que se llaman motores

asincronicos.

Obtención del desfasajeObtención del desfasaje

ROTORFase

A

FaseB

C

IA

IB

IA

IB

90° 180°

Corriente

Grados

270° 360°

Puede notarse que, para operar el motor, es suficiente con alimentar ambos devanados con corrientes desfasadas entre sí.

Inversión de giroInversión de giro

ROTORFase

A

FaseB

IA

IBDIRECTA

INVERSA

Una forma de poder lograr invertir el sentido de rotación del motor bifásico es la que se muestra en la siguiente figura:

Arranque por capacitorArranque por capacitor

ROTORFase

A

FaseB

IA

IB

C

SW

En realidad, después que el motor de jaula de ardilla comienza su rotación, no es necesario mantener la diferencia de fases para mantener el campo giratorio.

Para eliminar la fase relacionada al capacitor de arranque, se puede usar un “switch” cen-“switch” cen-trífugotrífugo, que interrumpe la circulación de corriente después de alcanzar una cierta velocidad de operación.

Componentes del motorComponentes del motor

Un ejemplo de cómo está cons-tituido el motor internamente se muestra a continuación:

Operación de motores de jaula de ardillaOperación de motores de jaula de ardilla

Una de las características principales de los motores de jaula de ardilla es que el campo giratorio corta las barras del rotor a la velocidad síncrona, vvelocidad síncrona, vsinc sinc , para provocar el giro del mismo. Por lo tanto, para que este campo del flujo con el tiempo se mantenga durante el movimiento del rotor, no es posible que ambos (campo giratorio y rotor) giren a la misma velocidad (la velocidad relativa entre ellos tiene que ser distinta de cero).

Así, la velocidad del rotor, vvrot rot , es menor que vvsincsinc, y se define el concepto de “desplazamientodesplazamiento” como la diferencia entre ambas velocidades, es decir:

desplazamiento= vsinc- vrot

Característica velocidad contra parCaracterística velocidad contra par

La gráfica característica de motor de jaula de ardilla que re-presenta la velocidad alcanzada en relación con el par aplicado tiene la siguiente forma:

100

Velocidad [r/min]

Par [porcentaje a plena carga]

(deslizamiento [%])(0) 1800

Característica corriente contra velocidadCaracterística corriente contra velocidad

Esta característica representa otra curva importante del motor de jaula de ardilla, como se muestra a continuación:

IEST [A]

veloc [r/min]

Velocidad apar máximo

IARR

Punto depar máximo

Motores de inducción Motores de inducción trifásicostrifásicosConfiguración trifásicaConfiguración trifásica

Se vio en la Unidad 3 que las corrientes alternas trifásicas están constituidas por tres voltajes sinusoidales de igual amplitud y desfasados entre sí 120º eléctricos. Sin embargo, esto no implica que las corrientes de una carga trifásica sean iguales, ya que dependerán de la carga aplicada.

Cuando la carga eléctrica es un motor de inducción trifásico, la carga aplicada a las tres fases es la misma y, por lo tanto, las corrientes producidas también serán iguales. Esta situación se conoce como “cargas balanceadascargas balanceadas”.

También se ha visto que se cumple la relación:

faseVV 3línea

Donde VVlínealínea representa el voltaje “línea a línealínea a línea” (conocido normalmente como “voltaje de líneavoltaje de línea”) entre cualquier par de líneas, mientras que VVfasefase corresponde al “voltaje línea-voltaje línea-neutroneutro” (“voltaje de fasevoltaje de fase”).

En la Unidad Anterior se vieron las conexiones típicas, que son:

T

R

SN

n

Za

Zb Z c

Va

Vb Vcn

a

b c

Ia

Ic

Ib

In

Configuración trifásicaConfiguración trifásica

Circuito Y-Y balanceadoCircuito Y-Y balanceado Claramente, la corriente por cualquier línea es la misma que circula por cada fase (si las cargas están balanceadas). Por lo tanto, para conexión en estrella se cumple:

faseII línea

Circuito Y-D balanceadoCircuito Y-D balanceado

Configuración trifásicaConfiguración trifásica

Va

Vb Vcn

a

b c

Ia

Ic

IbIAB IBC

ICAZ

Z

Z

A

B C

En este caso, se tiene que:

líneaVV fase

Esta situación destaca claramente que la corriente aumentará respecto del caso anterior en un factor de 1.73, es decir:

Las relaciones indicadas ya fueron estudiadas con más profundidad en las Unidades pasadas.

faseII 3línea

Potencia trifásicaPotencia trifásica

La potencia en una carga trifásica es la suma de la potencia consumida en cada fase. Por lo tanto, la potencia aparente para cargas balanceadas en configuración Delta (Triángulo) será:

fasefase IVS 3

Sin embargo, una vez conectado el sistema, es difícil poder medir la corriente por cada fase. En consecuencia, es mejor expresarla en función de los valores de línea, es decir:

línealínealínea

líneafasefase IVI

VIVS 33

33

Esta expresión es igualmente válida para conexión en Estrella (el problema aquí puede ser medir la tensión de fase).

Motores de jaula de ardilla trifásicosMotores de jaula de ardilla trifásicos

Tal como en el caso bifásico, un motor de inducción trifásico produce un campo giratorio entre polos, separados mecánica-mente 120° (dos polos por fase), debido a corrientes que circu-lan entre los devanados que están separadas eléctricamente en 120°. La conexión típica de este tipo de motores es:

RST

N

Polos dela fase R

Polos dela fase S

Polos dela fase T

Este punto se encuentra en el interior del motor

Motores de jaula de ardilla trifásicosMotores de jaula de ardilla trifásicosEn el ejemplo visto (conexión en estrella), el voltaje a través de cualquier devanado de fase es igual al voltaje de línea dividido por 1.73. Así, por ejemplo, si el voltaje de línea es 380V, el voltaje en cada fase del motor será:

El fabricante del motor lo diseñará para que pueda ser conecta-do en estrella a un voltaje trifásico de 380V de línea. Esto implica que el tipo de alambre del devanado para cada fase individual será adecuado para trabajar satisfactoriamente con 220V sobre la misma.

VVV

V líneafase 220

3

380

3Y)en (motor

Motores de jaula de ardilla trifásicosMotores de jaula de ardilla trifásicos

Sin embargo, también puede optar por permitir que el devanado pueda ser conectado en Delta, por lo que el voltaje sobre cada fase será el voltaje de la línea, es decir:

Por lo tanto, si el fabricante del motor desea que el motor pueda ser operado en ambas condiciones, diseñará los devanados del motor con mayor cantidad de vueltas, un calibre de alambre más delgado y una aislación eléctrica más gruesa, como para que pueda trabajar con mayores voltajes aplicados a los mismos.

VVV líneafase 380)en (motor

Motores de jaula de ardilla trifásicosMotores de jaula de ardilla trifásicos

Los motores trifásicos pueden ser diseñados por “grupos de grupos de devanadosdevanados” por casa fase, que permiten un mejor aprovecha-miento del flujo magnético.

El mejor uso del espacio efectivo en el estator que permite este tipo de configuraciones, representa su mayor ventaja respecto de los motores bifásicos. Esto facilita la construcción de motores pequeños, de bajo costo y alta potencia. Esta situación es equivalente en el caso de generadores trifásicos.

Motores de jaula de ardilla trifásicosMotores de jaula de ardilla trifásicosLa velocidad sincrónica y el deslizamiento se calculan de la misma forma para ambos tipos de motores. Las ventajas de usar tres fases se pueden resumir como sigue:

• Las máquinas (generadores o motores) son más compactas, de mayor eficiencia de operación y menor costo de producción.

• La potencia eléctrica se transmite más eficientemente, con una pérdida de potencia I2 R menor por fase.

• El par producido por un motor trifásico es constante, sin ninguna tendencia a “pulsarpulsar” (como sucede con los motores monofásicos).

Conexionado “arranque-detención”Conexionado “arranque-detención”

El diagrama de conexionado típico de un motor de inducción trifásico es el que se muestra a continuación:

Terminalesde Línea

Terminalesde Carga

DetectoresTérmicos

de Sobrecarga

Contactos NATrabajo Pesado

Paro(NC)

Arranque(NA)

Motorde

Inducción

L1 L2 L3

T1 T2 T3

SC1 SC2 SC3

R S T

MS-1 MS-2 MS-3SC3

MS

SC1 SC2

MS-1

Corriente alterna monofásica

CIRCUITODE POTENCIA

CIRCUITODE CONTROL

Arrancador del motor

Conexionado “arranque-detención”Conexionado “arranque-detención”

La bobina MS de arranque del motor debe ser del voltaje adecuado a la alimentación de CA monofásica utilizada (por ejemplo, 220V).

Al accionar momentáneamente el botón de arranque, se ener-giza la bobina MS, provocando el sello tanto de los contactos de trabajo pesado MS-1, MS-2 y MS-3 (permitiendo que la alimentación trifásica pase desde los terminales de línea, a través de los detectores térmicos de sobrecarga, hasta llegar a los terminales de carga y energizar el motor) como el utilizado para el conexionado de partida MS-4. Esto hará que, al soltar el botón de arranque, el motor permanezca energizado.

Conexionado “arranque-detención”Conexionado “arranque-detención”

Tanto por un aumento excesivo de la corriente como por una pulsación sobre el botón de paro, provocarán la detención del motor.

InversiónInversión

La conexión de un motor trifásico, siguiendo el orden R-S-T, provocará una rotación del eje del motor en el sentido de las agujas del reloj.

Para invertir la dirección de un motor de inducción trifásico, es necesario invertir la dirección del campo magnético giratorio. Esto se puede lograr conmutando la conexión de dos de los tres cables principales de potencia. Un circuito práctico sería:

InversiónInversión

Paro

Directa

Corriente alterna monofásica

CIRCUITODE CONTROL

Inversa

SC1 SC3SC2

F-4

R-4

MS

MS

R-5

F-5

CIRCUITODE POTENCIA

Arrancador deMotor reversible

L1 L2 L3

T1 T2 T3

SC1 SC2 SC3

R S T

F-1 F-2

Motorde

Inducción

F-3R-1 R-2 R-3