1

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y COMPUTACIÓN

RESUMEN DE APUNTES DE CLASES

MAQUINAS ASÍNCRONAS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: CÉSAR AGUILAR

PARALELO: 1

NOMBRE DEL PROFESOR: ING. GUSTAVO BERMÚDEZ

2

Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA (CA) ...................................... 4

ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN .......................................................................... 13

DEBER VISITA AL LABORATORIO ................................................................................................. 14

DEVANADOS DE MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA............................................................... 20

DEBER DEVANADOS DE MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA .................................. 24

DEBER Demostración de la Fuerza magneto motiva mediante series de Fourier ..................... 26

FUERZA MAGNETOMOTIVA GIRATORIA ..................................................................................... 27

CONCEPTOS BÁSICOS DE MOTOR DE INDUCCIÓN ...................................................................... 28

CONCEPTO DE DESLIZAMIENTO .................................................................................................. 29

SEMEJANZAS ENTRE EL MOTOR DE INDUCCIÓN Y EL TRANSFORMADOR .................................. 29

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR ASÍNCRONO .................................................................... 30

DEBER REFERIR LOS VALORES DEL ESTATOR AL ROTOR ............................................................. 32

DIAGRAMA DE FLUJO DE POTENCIA ........................................................................................... 33

DIAGRAMA FASORIAL DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN ............................................................ 34

POTENCIA DESARROLLADA ......................................................................................................... 35

DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE ..................................... 38

DIAGRAMA DE CÍRCULO DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN ......................................................... 40

DEBER DEMOSTRACIONES DEL DIAGRAMA DE CÍRCULO ........................................................... 42

MÉTODOS DE ARRANQUE ........................................................................................................... 45

Arranque estrella-delta ............................................................................................................... 45

Arranque con resistencias Estatóricas ........................................................................................ 47

Arranque con autotransformador ............................................................................................... 49

RESISTENCIAS ROTÓRICAS .......................................................................................................... 51

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................... 52

3

INTRODUCCIÓN “El principio del funcionamiento de las máquinas asíncronas se basa en el concepto del campo

giratorio. El descubrimiento original fue publicado en 1888 por Galileo Ferraris en Italia y por

Nikola Tesla en E.E.U.U. Ambos diseños de máquinas asíncronas se basaban en la producción

de campos magnéticos con sistemas bifásicos, es decir, utilizando dos bobinas a 90 grados y

con corrientes en cuadratura. Desgraciadamente el motor de Ferraris tenía un circuito

magnético abierto y utilizó en el rotor un disco de cobre, por lo que desarrollaba muy poca

potencia. Sin embargo Tesla inventó un motor con devanados en el estator y en el rotor, lo

cuál los hace mucho más prácticos por lo que se lo considera a él como el inventor de este tipo

de máquinas. Las patentes de Tesla fueron adquiridas por Westinghouse quien puso en el

mercado muchos motores bifásicos en el año 1890. En el mismo año, el ingeniero Dolivo

Dobrowolsky creó un motor trifásico con un rotor en forma de jaula de ardilla y un devanado

distribuido en el estator. Para el siguiente año, presentó en una exposición de electricidad un

motor que poseía resistencias de arranque líquidas. Desde ahí, hasta el siglo XX, el motor

asíncrono ha ganado mucho espacio en el mercado de motor debido a que es barato y de fácil

mantenimiento.”*1+

4

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA

(CA) 1. TIPOS DE MÁQUINAS DE CA.

Máquinas Síncronas: Son generadores y motores cuya corriente de campo magnético lo genera

una fuente de corriente continua externa desde devanado del rotor.

Máquinas de Inducción: Son motores cuya corriente de campo magnético se produce

mediante inducción

2. VOLTAJE INDUCIDO EN UNA ESPIRA

FIGURA 2.1 VISTA LATERAL Y SUPERIOR DE UNA ESPIRA EN MOVIMIENTO DENTRO DE UNA REGIÓN DONDE EXISTE UN CAMPO

MAGNÉTICO

Supongamos un campo magnético B alineado como puede apreciarse en la figura 2.1.

Basándonos en la ley de Faraday explicamos que en la espira en movimiento se induce un

voltaje cuya dirección puede ser determinada con la regla de la mano derecha.

La fem inducida total en la espira se calcula como:

∮( ) (1)

La fem inducida en la espira tiene la siguiente explicación:

(2)

( ) ( ) (3)

( ) (4)

Si θ, el ángulo entre el campo magnético y el eje de la espira cambia constantemente, es decir:

(5)

Entonces:

( ). (6)

Como v=wr la expresión se transforma en:

( ) (7)

( ) (8)

5

( ) (9)

FIGURA2.2 RELACIÓN FUNCIONAL DE LA FEM INDUCIDA A TRAVÉS DEL TIEMPO

3. TORQUE INDUCIDO EN UNA ESPIRA QUE LLEVA UNA CORRIENTE

FIGURA 3.1 ESPIRA QUE LLEVA UNA CORRIENTE EN UNA REGIÓN DONDE EXISTE UN CAMPO MAGNÉTICO

La ley de Biot y Savart expresa que cuando hay carga en movimiento, por ejemplo una

corriente i en un alambre dentro de una región donde hay un campo, éste alambre sufrirá una

fuerza igual a:

∮ ( ) (10)

( ) ( ) (11)

La suma total de la fuerza da una resultante de cero, sin embargo esta fuerza es capaz de

realizar torque como se aprecia en la figura. El torque está dado por la siguiente expresión que

tiene su explicación similar al análisis anterior:

( ) (12)

El torque se puede ver como si fuera un producto vectorial entre el campo que genera la

corriente de la espira y el campo existente B.

(13)

De la expresión anterior, el valore de k depende del área de la bobina, la permeabilidad del

medio y de la geometría.

Cabe recalcar que siempre que exista un ángulo entre el campo de la espira y el campo

existente se induce el torque.

6

4. CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO

Supongamos que excitamos a un devanado trifásico balanceado con una fuente trifásica. El

resultado que se obtiene es un conjunto de corrientes:

( ) (14)

( ) (15)

( ) (16)

Si se excita al bobinado siguiente, siguiendo la ley de Ampere, se producirá la intensidad de

campo magnético H y éste producirá un campo magnético B siguiendo la relación cuantitativa

B=µH o siguiendo la curva de histéresis en caso de trabajar en el codo de la curva.

FIGURA 4.1 CURVA DE HISTÉRESIS Bvs.H

Las corrientes que generan los campos tienen secuencia positiva, mientras que las bobinas

están dispuesta una tras de otra a 120 grados en contra de las manecillas del reloj. Los campos

producidos por las bobinas dispuestas como se aprecia en la figura serían los siguientes.

( ( )) (17)

( ( )) (18)

( ( )) (19)

7

FIGURA 4.2 DISPOSICIÓN DE LAS BOBINAS TRIFÁSICAS EN EL ESTATOR DE LA MÁQUINA

Esta disposición genera un campo giratorio que tiene la siguiente explicación.

Para ωt=0: Baa’ = 0; Bbb’ = 0.866 Bm < -60 y Bcc’=0.866 Bm <240

FIGURA 4.3 SUMA VECTORIAL PARA ωt=0

La suma vectorial da un campo resultante en el centro del rotor igual a: Bt = 1.5 Bm <-90.

Para ωt=90: Baa’ = Bm<0; Bbb’ = 0.5 Bm<-60 y Bcc’=0.5Bm<60

La suma vectorial da un campo resultante de Bt= 1.5 Bm <0

FIGURA 4.4 SUMA VECTORIAL PARA ωt=90

Se puede demostrar que la suma vectorial de Baa’ + Bbb’ + Bcc’ da un campo giratorio en

contra de las manecillas del reloj con magnitud constante de 1.5 Bm:

( ) ( ( )) ( ) ( ) ( )

( ( ) ( ) ( )) ( ( ) ( ))

Usando la siguiente identidad:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Se obtiene que:

( ) ( )

NOTA: Se puede demostrar que si se cambian dos de las fases entre sí, el movimiento del

campo giratorio es en el sentido contrario. Por eso las conexiones de los contactores para

cambio de giro suelen ser de la siguiente forma:

8

FIGURA 4.5 CONEXIÓN DE LOS CONTACTORES DE UN MOTOR PARA EL CAMBIO DE GIRO

5. RELACION DE NÚMERO DE POLOS

Los ángulos eléctricos que recorre el campo se relacionan con los ángulos mecánicos del

estator mediante el número de polos que tenga la máquina. Con una máquina de dos polos los

ángulos eléctricos son iguales a los ángulos mecánicos. Con una máquina de cuatro polos el

campo recorre 4pi radianes mientras que en la máquina hay físicamente 2 pi radianes por lo

que la relación básica es:

(20)

(21)

(22)

6. FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINA DE C.A.

Para poder crear un flujo sinusoidal en el estator, el número de alambres que hay en cada

ranura del estator debe cambiar también con una tasa sinusoidal. Si el número de alambres

que máximo caben en una ranura es Nc. El número de alambres en una ranura colocada a α

grados es.

( ) (23)

El signo cambia debido a que en la parte positiva de la función coseno los alambres llevan

corriente hacia un sentido y en la parte negativa será el mismo alambre que lleve en el sentido

contrario.

FIGURA 6.1 DISPOSICIÓN DE LOS ALAMBRES EN EL DEVANADO DEL ROTOR

9

FIGURA 6.2 DISTRIBUCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO DEBIDO A LA DISPOSCIÓN DE LOS AMLABRES DEL ROTOR.

Como la disposición del campo es siguiendo la regla dela mano derecha, si los alambres a la

izquierda llevan corriente saliendo de la página y los que están del lado derecho llevan

corriente entrando a la página, la distribución del campo para cada valor de alfa, sería una

función semejante a una función seno y se acercaría más a ella si hubiera una mayor cantidad

de ranuras.

7. VOLTAJE INDUCIDO EN UNA MÁQUINA DE CORRIENTE ALTERNA

Se asumirá que se tiene una densidad de flujo magnético B que varía su magnitud

sinusoidalmente con un ángulo mecánico alfa, mediante el giro del rotor que gira con

velocidad constante ω.

Si el rotor estuviese estático el campo se distribuye como se explicó anteriormente. Pero en

este caso la velocidad del rotor es ω con lo que la nueva distribución del campo sobre el

estator es de la siguiente forma:

( ) (24)

La ecuación para obtener el voltaje inducido en las N espiras conectadas en serie se encuentra

utilizando la velocidad relativa del alambre en el estator con respecto al movimiento del rotor.

( ) (25)

Como v = wr y usando el mismo análisis que se utilizó para una espira:

( ) ( ) (26)

( ) (27)

( ) (28)

( ) (29)

10

FIGURA 7.1 FEM INDUCIDA EN LA BOBINA DEL ESTATOR.

La fuerza electromotriz rms que se obtiene en la máquina es:

√ (30)

11

8. VOLTAJE TRIFÁSICO INDUCIDO

Si se dispone de tres bobinas con N vueltas cada una, alrededor del rotor como se ve en la

figura, entonces en cada una de ellas la fem inducida será igual en magnitud pero con una

diferencia de fase de 120 grados.

( ) (31)

( ) (32)

( ) (33)

Desarrollado con el mismo principio donde las bobinas están a ángulos θ de 0, 120 y 240.

FIGURA 8.1 MÁQUINA ELEMENTAL CON DEVANADO DEL ESTATOR TRIFÁSICO Y CAMPO MAGNÉTICO DEL ROTOR SENOIDAL

Los generadores sincrónicos funcionan de la manera descrita en el inciso 7 y 8. Una fuente de

corriente continua conectada al devanado del rotor o devanado de campo produce una fuerza

magneto motiva que al moverse a velocidad angular w induce en el devanado del rotor tres

fem trifásicas que alimentan a un sistema.

12

9. PAR INDUCIDO EN UNA MÁQUINA DE C.A

Si se tiene en el estator tres bobinas conectadas con una fuente trifásica, cada una distanciada

a 120 grados como se observa en la figura se producía un campo magnético giratorio Bm que

se movía a una velocidad w, que llamaremos velocidad de sincronismo. Si al bobinado del rotor

se le conecta una corriente I que produzca un campo magnético Besp como se vio

anteriormente, en la bobina se inducirá un torque igual a:

(34)

Este torque hace que la espira se mueva siguiendo al campo magnético Bm de modo que Besp

trate de alinearse con Bm.

Cuando se trata de máquinas síncronas, el devanado del rotor dispone de una corriente

entregada por una fuente externa que produce el campo Besp y éste persigue al campo Bm a

la velocidad del sincronismo.

Cuando se trata de máquinas asíncronas, el devanado del rotor está cortocircuitado. Debido al

flujo cambiante se genera una fem que produce una corriente I en el rotor. Ésta corriente

genera un campo Besp que induce a un torque. Como la naturaleza del devanado del rotor es

inductiva, la corriente está en atraso y el torque también. Pero el torque produce que la

velocidad aumente hasta un cierto punto en el que la velocidad relativa de la espira con

respecto al campo magnético es cero, ésta es la velocidad del sincronismo. En ese caso la fem

inducida es cero y no habría corriente ni torque inducido.

13

MOTORES ASÍNCRONOS

Se llaman motores asíncronos porque la velocidad mecánica a la que llega la máquina está

cerca a la nominal pero nunca es igual al campo giratorio.

ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN Estator (fijo)

Núcleo magnético que conduce el flujo giratorio formado por discos circulares con acero y Si al

3%. Posee delgadas ranuras internas semicirculares o trapezoidales en el cuál se van a alojar

las bobinas separadas a 120° grados físicos.

Rotor

Tiene un núcleo magnético de las mismas características que el del estator.

Tipos de Motores Asíncronos según el Rotor

Rotor de jaula de ardilla

Son barras conductores dispuestas dentro de ranuras y en corto circuito. Las ranuras inclinadas

ayudan a atenuar el efecto del ruido.

Rotor devanado

Tiene un conjunto completo devanado trifásico que resulte ser como una imagen del

devanado del estator, cuyo circuito normalmente está en Y, y con una resistencia extra por

línea que sirva para regular la velocidad. Dispone de tres anillos deslizantes conectados a cada

una de las fases del bobinado.

14

DEBER VISITA AL LABORATORIO En nuestro visita al laboratorio se pueden observar las máquinas de corriente alterna y

máquinas de corriente continua que se estudian en maquinaria eléctrica I y II. Se observan

motores de corriente continua, mesas con bancos de transformadores Hampden y máquinas

de corriente alterna, ya sean sincrónicas o asíncronas.

En el laboratorio de maquinas eléctricas podemos encontrar todo tipo de maquinas relacionadas con la materia teórica, encontramos desde motores y generadores AC y DC hasta transformadores. Existen también los llamados bancos de transformadores y la maquina universal en donde se puede hacer cualquier tipo de conexión de motor o generador ya sea DC o AC. Entre los generadores tenemos

Rotor Devanado

Jaula de Ardilla Los Motores:

Jaula de Ardilla

Rotor Devanado

Polos Salientes Las maquinas eléctricas de corriente alterna según su funcionamiento puede ser:

Maquinas Sincrónicas

Maquinas de Inducción (Asincrónicas) Máquinas de inducción: Las maquinas de inducción tienen velocidad variable y se usan con mayor frecuencia como motor trifásico en la industria. Motor de Inducción de acuerdo al tipo de rotor se clasifica en:

Jaula de Ardilla

Rotor Devanado Estator Rotor El estator es la parte fija del motor o generador, entre el estator y rotor no existe conexión eléctrica solo esta el entrehierro

Máquinas Sincrónicas: Estas maquinas trabajan a velocidad constante por esta cualidad son muy usados como generadores trifásicos en sistemas eléctricos, también existen motores sincrónicos pero no son muy usados. Estas maquinas funcionan a trabajan a velocidad constante y frecuencia constante en condiciones de operación estacionarias. Generador Sincrónico de acuerdo al tipo de rotor se clasifican en:

Polos Salientes

Rotor Cilíndrico Polos Salientes

Las dos partes básicas de una máquina síncrona son la estructura del campo magnético, que lleva un devanado excitado por corriente continua y la armadura. La armadura tiene con frecuencia un devanado trifásico en el que se genera la Fem de corriente alterna. El devanado de corriente continua sobre la estructura giratoria del campo se conecta a una fuente externa por medio de anillos deslizantes y escobillas.

15

Los rotores de polos no salientes se utilizan en rotores de dos y cuatro polos, mientras que los rotores de polos salientes se utilizan en rotores de cuatro o más polos. Puesto que el rotor está sujeto a campos magnéticos variables, se construye con láminas delgadas agrupadas para reducir las pérdidas por corrientes parásitas.

De los datos que se mandaron a buscar al laboratorio:

El estator posee 36 y el rotor 29 ranuras en la máquina AC.

El estator posee 4 polos y el rotor tiene 38 ranuras en la máquina DC.

Las conexiones posibles que se pueden hacer en la máquina KATO son:

Para el sistema del laboratorio que es una alimentación de 208V 3f, lo adecuado es tener una

conexión Y en paralelo para que cada bobina trabaje a su voltaje nominal (120V). Esta

conexión se la hace en el tablero de la máquina.

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TABLERO DEL LABORATORIO

MESA DEL BANCO DE TRANSFORMADORES

BANCO DE TRANSFORMADORES

MÁQUINA UNIVERSAL HAMPDEN

TABLERO LATERAL DE LA

MÁQUINA UNIVERSAL HAMPDEN

MÁQUINA KATO

ROTOR DE POLOS SALIENTES

PARA LA MÁQUINA KATO

ROTORES PARA LA MÁQUINA

KATO

TABLERO DE LA MÁQUINA KATO

17

KATO D.C. MOTOR

COMP SER: 63918-2

HP: 1,5 VOLTS: 125

MODEL: 1EA69 TYPE: 14054 AMS: 12

RPM: 1800 F VOLTS: 70 F AMPS: 0,32

DUTY: CONT TEM RISE: 50

GENERATOR KATO A.C.

REV. FIELD

KW: 1 PH: 3 CPS: 60 WIRE: 12

KVA: 5 PF: 1 RPM: 1800 FLD AMP: 1,85

VOLTS: 125 APT: 2,75 1,37 FLD VOLTS: 100

MODEL: 1XRSE TYPE: 13969

SERIAL: 69918-1 TEM RISE: 50°C 50°C INSUL CLASS: B

EXCITER: SEPARATE TYPE:

MODEL: VOLTS: FLD AMP:

WATTS:

MOTOR KATO A.C.

SYN. MTR.

HP: 1,5 PH: 3 CPS: 60 WIRE: 12

SER FAC: PF: 1 RPM: 1800 FLD AMP: 1,2

VOLTS: 220 440 APT: 4,0 2,0 FLD VOLTS: 80

MODEL: 1XR5E TYPE: 13969 CODE:

SERIAL: 63918-1 TEM RISE: 50°C 50°C INSUL CLASS: B

EXCITER: SEPARATE TYPE:

MODEL: VOLTS: FLD AMP:

WATTS:

KATO D.C. GENERATOR

KW: 1 AMPS: 8

VOLTS: 125 F VOLTS: 70

RPM: 1800 F AMPS: 0,75

WINDING: SHUNT TEMP C: 50

MODEL: 1EA69 TYPE: 14054

18

D.C. MACHINE

PART NUMBER 4MSF560502

SERIAL NUMBER 77011

MODEL OR CODE NUMBER: 5-

450005421

KW:

AMP: 33 TYPE OR DESIGN

NUMBER: HP: 5 DUTY: CONT

VOLTS: 125 FLD AMP: 1

19580

RPM: 1800 FLD VOLTS: 48,4

TEMP RISE: 50 °C WINDING COMPOUND INS.CLAS F

KATO MOTOR

WOUND. ROTOR

HP: 1,5 PH: 3 CPS: 60 WIRE: 12

SER FAC: PF: 1 RPM: 1680 FLD AMP:

VOLTS: 220 440 APT: 5,8 2,9 FLD VOLTS:

MODEL: 1XR7E TYPE: 13501 CODE:

SERIAL: 63918-1 TEM RISE: 50°C 50°C INSUL CLASS: B

EXCITER: TYPE:

MODEL: VOLTS: FLD AMP:

WATTS:

KATO

D.C. MACHINE

PART NUMBER 4MSF560500 SERIAL NUMBER 77011

MODEL OR CODE NUMBER:

5-450005421

KW: 3 AMP: 24 TYPE OR DESIGN

NUMBER:

HP: DUTY: CONT 19580

VOLTS: 125 FLD AMP: 1,3

RPM: 1800 FLD

VOLTS: 67,2

TEMP RISE: 50 °C WINDING: COMPOUND INS.CLASS F

KATO A.C. GENERATOR

REVOLVING FIELD

PART NUMBER 4P82-0200 SERIAL NUMBER 77011

MODEL OR:

3-47036112

1

TYPE OR: 9581

TEMP RISE: 70 °C

CODE N0. DESIGN

N0. CONTINIOUS

STANDBY

KW: 3 VOLTS: 127/220 - 254/440

DESIGN AMBIENT: 40 °C

KVA: 3 AMP: 15,6 7,8 INSULATION

CLASS: F

PHASE: 3 RPM: 1800 PF: 1,0 WIRE:

12

ALT FIELD AMP: 2,1 HZ: 60 ALT FIELD 113

19

(CPS) VOLTS: KATO

A.C. IND. MOTOR

PART NUMBER 4P82-0200 SERIAL NUMBER 77011

MODEL OR CODE NUMBER AMPS: 15,8 7,9 HZ: 60 TYPE OR DESIGN NUMBER:

VOLTS: 220/240 DUTY: CONT 19583

RPM: 1762 INS. CLASS: F

TEMP RISE: 70/40 °C PHASE: 3 HP: 5

KATO MOTOR

IND. MTR

HP: 1,5 PH: 3 CPS: 60 WIRE: 12

SER FAC: PF: 1 RPM: 1715 FLD AMP:

VOLTS: 220 440 APT: 4,2 2,1 FLD VOLTS:

MODEL: IMR7E TYPE: 13500 CODE:

SERIAL: 63918-1 TEM RISE: 50°C 50°C INSUL CLASS: B

EXCITER: SEPARATE TYPE:

MODEL: VOLTS: FLD AMP:

WATTS:

KATO MOTOR A.C.

SYNCHRONOUS

PART NUMBER 4P82-0200 SERIAL NUMBER

77011

MODEL OR CODE NO: 5-450005421

TYPE OR DESIGN

NO: 19582 TEMP RISE: 70 °C

HP: 5 SERVICE FACTOR: VOLTS:

220 440 DESIGN AMBIENT: 40°C

PHASE: 3

CODE LETTER:

AMPS: 11,1 5,5 INS. CLASS: F

MTR FIELD AMP: 2 RPM: 1800 PF: 1,0 WIRE:

12

MTR FIELD VOLTS: 110,5 HZ: (CPS) 60

20

DEVANADOS DE MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA La idea no es que en este curso se aprenda a devanar, sin embargo es importante para saber

de donde aparece el flujo en la máquina.

DEVANADOS DE CORRIENTE DIRECTA

Los devanados de corriente directa son normalmente del tipo imbricado u ondulados en el

rotor, en los cuales el paso polar era igual a los lados activos. Los terminales del devanado se

conectan a las delgas. El colector del rotor rectifica la señal de AC a DC en caso de tratarse de

un generador y cambia la señal de DC a AC en el caso de un motor.

Las bobinas del estator son del tipo concentrado y se encuentran como bobinas de polos

salientes, bobinas principales de campo y devanados de compensación.

DEVANADOS DE CORRIENE ALTERNA 3 Ф

Devanado del Estator

Son devanados distribuidos del tipo imbricado u ondulado. Los devanados son del tipo de paso

fraccionario donde el paso polar es diferente del lado activo, esto es: ζ ≠ω. Los devanados son

de 2 capas en su mayoría pero también hay de 1 capa.

Por lo general se conecta a una fuente de corriente alterna equilibrada. Estas corrientes

producen polos magnéticos inducidos del tipo giratorio como se estudió anteriormente.

Devanado del Rotor de Máquinas de Rotor devanado

Están conectados a anillos deslizantes que hacen contacto con las escobillas. Existen

conductores que son llevados a la caja de conexiones para ser conectados en Y, D, etc. Los

devanados del rotor son el asiento de una fem que produce un flujo que se superpone con el

de la máquina.

En un devanado de jaula de ardilla también se observa que ocurre lo mismo que en el rotor de

máquinas con rotor devanado.

Diseño de Devanados

Se puede encontrar el calibre del cable a través de encontrar la corriente nominal conociendo

la potencia, el factor de potencia y la corriente.

Para diseñar el devanado hay que conocer si el grupo polo fase se va a conectar en serie o

paralelo, si es monofásico o trifásico y si está conectado en Ye o Delta. Además habrá que

calcular la constante kd que representa cuánto se reduce la fem, se llama factor de

distribución y es el número de bobinas que pertenecen a una fase. También se calculará el

factor kp o factor de paso que se refiere a la extensión de conductores activos.

; K=Kd Kp

21

Para obtener el devanado necesitamos saber el número de ranuras, Q; número de polos, p;

número de fases, m; paso de la ranura, ω y distancia de lados activos, ζ. Además, saber si se

trata del tipo de paso completo o del tipo de paso fraccionario, es decir si ω=ζ u ω≠ζ. Para

saberlo hay que definir que los grados eléctricos de las bobinas se relacionan con los grados

físicos con la siguiente ecuación:

EJEMPLO NO 1:

DATOS

Q=12(ranuras del estator), m=3 (número de fases), p=2(número de polos), w=t (paso

completo), capas 2 (número de capas) tipo imbricado

w=12/2 = 6 (paso de la bobina)

x=12/3 = 4 paso entre cada fase

q= 12/2/3 = 2 número ranuras por polo por fase.

FASE 1: EMPEZANDO DESDE LA RANURA 1: 1+6 = 7; 2+6=8;

FASE 2: 1+4 = 5; 2+4 = 6; 5+6=11; 6+6=12;

FASE 3: 11+4 = 15-12 =3; 12+4 = 16-12 = 4; 3+6=7; 4+6=10

22

Este devanado se va a conectar en serie o en paralelo dependiendo del sentido de la corriente

de modo que nunca se resten los flujos que se dan si se excita al devanado con una fuente

trifásica.

23

Por lo tanto el sentido de la corriente debería ser:

Los grupos polo-fases además de poder conectarse en serie también se pueden conectar en

paralelo. Y los terminales del devanado se pueden conectar en Ye o Delta

24

DEBER DEVANADOS DE MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA

TRIFÁSICA Ejemplo No. 2:

DATOS: Q=12(ranuras del estator), m=3 (número de fases), p=2(número de polos), w=4(paso

fraccionario). 2 (número de capas)

Como p= 2, t = 6 ranuras

x=12/3 = 4 paso entre cada fase

q= 12/2/3 = 2 número de ranuras por polo por fase.

FASE 1: EMPEZANDO DESDE LA RANURA 1: 1+4 = 5, 2+4=6; 1+6 = 7, 7+4=11, 8+4=12

FASE 2: 1+4 = 5; 5+4=9, 6+4=10; 5+6=11, 11+4= 15 (3), 12+4=16(4)

FASE 3: 5+4=9; 9+4=13(1), 10+4=14(2); 9+6=15(3), 3+4 =7, 4+4 = 8

25

Ejemplo No. 3:

DATOS: Q=12(ranuras del estator), m=3 (número de fases), p=2(número de polos), w=5(paso

fraccionario). 2 (número de capas)

Como p= 2, t = 6 ranuras

x=12/3 = 4 paso entre cada fase

q= 12/2/3 = 2 número de ranuras por polo por fase.

FASE 1: EMPEZANDO DESDE LA RANURA 1: 1+5 = 6, 2+5=7; 1+6 = 7, 7+5=12, 8+5=13(1)

FASE 2: 1+4 = 5; 5+5=10, 6+5=11; 5+6=11, 11+5= 16 (4), 12+5=17(5)

FASE 3: 5+4=9; 9+5=14(2), 10+5=15(3); 9+6=15(3), 3+5 =8, 4+5 = 9

26

DEBER DEMOSTRACIÓN DE LA FUERZA MAGNETO MOTIVA

MEDIANTE SERIES DE FOURIER

Si f es una función (o señal) periódica y su período es T, que representa a la fuerza magneto motiva; la

serie de Fourier asociada a es:

Donde y son los coeficientes de Fourier que toman los valores:

Se puede observar que la fuerza magneto motiva es una función continua a trozos y acotada de período

2p. Entonces:

y

Como la función es par y tiene un valor medio de 0:

Ao = 0 y Bn = 0 mientras que:

∑

(( ) )

Como √ ( ) la fundamental es

( ) ( ) (

)

27

FUERZA MAGNETOMOTIVA GIRATORIA Recordando lo anterior, si se tenía una fuente trifásica alimentando con una corriente trifásica

balanceada a un devanado también trifásico se había llegado a que producía un campo

magnético de magnitud constante 1.5 veces el que haría una sola bobina, sólo que gira con

una velocidad, que llamaremos velocidad de sincronismo donde la expresión siguiente lo

resumía:

( ) ( )

Si a esto se le agrega el análisis de la fuerza magneto motiva que se acaba de hacer, entonces

la expresión de la fuerza magneto motiva giratoria que se produce con el flujo trifásico es:

( ( ) ( ) )

Todas las expresiones anteriores acerca de la fem inducida, y la fuerza magneto-motiva deben

de ser multiplicadas por un factor de K que se debe al devanado de la máquina, es decir al

factor de distribución y factor de paso.

( ( ) ( ) )

28

CONCEPTOS BÁSICOS DE MOTOR DE INDUCCIÓN

ηsinc velocidad de sincronismo en rpm

fe = frecuencia eléctrica en Hz

P= # de polos

En la máquina ocurren los fenómenos anteriormente descritos: fem inducida y torque

inducido.

Si se tenía un campo giratorio Be, producido por el estator y un rotor que tiene una velocidad

relativa con respecto a la velocidad del campo magnético entonces la fem inducida es:

( )

La dirección de la fem será en la parte superior de los conductores del rotor hacia afuera de la

página y en la parte inferior entrando a la página asumiendo que la velocidad del rotor sea

menor que la del campo magnético. Como la naturaleza del rotor es del tipo inductiva la

corriente va a estar en atraso como se observa en la figura y abra un campo Br cuya dirección

sigue la regla de la mano derecha. Como hay una interacción entre los campos del rotor y del

estator que están separados angularmente se presenta un torque:

Este torque actúa haciendo aumentar la velocidad hasta el punto en que la velocidad relativa

es cero (velocidad de sincronismo) y no habría fem inducida, por lo tanto no habría torque. Y

como existen las perdidas por fricción la velocidad bajaría. Es por eso que la máquina de

inducción se conoce como asíncrona y trabaja como motor a una velocidad ligeramente menor

que la velocidad del sincronismo.

29

CONCEPTO DE DESLIZAMIENTO Velocidad de deslizamiento es la velocidad relativa de los alambres con respecto al campo

magnético giratorio.

Donde:

ηsinc es la velocidad del campo.

ηm es la velocidad del rotor de la máquina

ηdes velocidad relativa

El término deslizamiento representa la cantidad de porcentaje de la velocidad relativa con

respecto a la velocidad del campo.

En términos del deslizamiento y la velocidad sincrónica la velocidad mecánica tiene la siguiente

expresión:

( )

Así cuando s=0 la velocidad mecánica es igual a la de sincronismo y cuando s=1 la velocidad

mecánica es 0.

Cuando s=0 la frecuencia de la fem inducida es 0 y no hay fem; y cuando s es 1 la frecuencia de

la fem inducida es igual a la frecuencia eléctrica por lo tanto podemos decir que la frecuencia

en el rotor: fr=sfe. Lo mismo se puede hacer con la magnitud de la fem inducida: Er = s Eo

donde Eo es la fem inducida con el rotor detenido.

SEMEJANZAS ENTRE EL MOTOR DE INDUCCIÓN Y EL TRANSFORMADOR

TRANSFORMADOR MOTOR DE INDUCCIÓN

Flujo principal que enlaza los dos devanados (primario y secundario).

Flujo principal (giratorio) que enlaza los dos devanados (Estator y Rotor)

Trayectoria magnética del núcleo cerrada. Trayectoria magnética del núcleo: Núcleo magnético del estator(1) dientes del estator (2) entrehierro (2) dientes del rotor (2) núcleo magnético del rotor (1)

El flujo de dispersión estaba presente en el devanado primario.

Flujos de dispersión: Flujo de dispersión de la ranura. Flujo de dispersión en la parte superior de los dientes del estator. Flujo de dispersión en los cabezales de la bobina

30

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR ASÍNCRONO Al igual que en el transformador, el circuito equivalente tiene como objetivo el describir el

flujo de potencia de la máquina de inducción de una manera más amena para el ingeniero

eléctrico, tal como una pequeña red.

El circuito equivalente más preciso, es uno en el que en el rotor se observa que la fem

inducida, la frecuencia y por lo tanto la inductancia también; dependen directamente del valor

del deslizamiento.

En la figura anterior se muestra el circuito equivalente resultante. El flujo de corriente del rotor

es:

Nótese que la expresión puede tratarse de modo que:

Nótese que también se puede tener un circuito nuevo con voltaje E2 y corriente I2 cuya

impedancia sería: R2/s+jX2. Por lo tanto se puede tener el circuito de esta forma:

Dado que en el rotor hay pérdidas de cobre, la resistencia R2/s se puede re ajustar como R2 +

R2(1-s)/s y el circuito quedaría de la siguiente manera:

31

Para poder referir el circuito del rotor al estator, los nuevos parámetros serán:

a) Fuerza electromotriz inducida

De acuerdo con lo antes descrito:

Es decir:

b) Las fuerzas magneto motivas deben ser las mismas:

Esto significa que:

c) La relación de transformación debe ser congruente. Es decir, que E2/I2=Z2 Equivalga a

E’2/I’2=Z’2

Por lo que las relaciones de las impedancias son:

(

)

Como en los transformadores, existen también perdidas en el núcleo, tales como las

pérdidas de corrientes de Eddy y pérdidas de Histéresis que en el motor se acentúan

ya que en el circuito magnético del motor existe un entre hierro.

El siguiente circuito es el más aproximado en cuanto a cálculos preliminares para motores de

más de 10kw.

Éste también posee su circuito aproximado tal como en el transformador

32

DEBER REFERIR LOS VALORES DEL ESTATOR AL ROTOR Referir los valores del estator al rotor:

El uso de este circuito nos ayudará para referirlo cuando se trate las máquinas sincrónicas

donde el campo se encuentra en el rotor que gira y en el estator se induce la fem.

Las ideas son similares:

a) Se tiene que lograr que las fem sean las mismas: E’1=E2

b) Las fuerzas magneto motivas deben ser las mismas:

Esto significa que:

d) La relación de transformación debe ser congruente. Es decir, que E2/I2=Z2 Equivalga a

E’2/I’2=Z’2

Por lo que las relaciones de las impedancias son:

(

)

33

DIAGRAMA DE FLUJO DE POTENCIA En el circuito equivalente se puede observar como existen las pérdidas de cobre del estator,

las pérdidas del núcleo, luego atraviesa por el entrehierro la energía llamada potencia de

campo giratorio o potencia de entre hierro, luego aparecen las pérdidas de cobre del rotor y

luego tenemos la potencia mecánica desarrollada. Para observarlo mejor se puede apreciar la

siguiente figura:

34

DIAGRAMA FASORIAL DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN Debido a la semejanza del circuito equivalente del transformador con el del motor de

inducción, la representación de del diagrama fasorial es idéntica al diagrama fasorial del de un

transformador con carga netamente resistiva, ya que en los motores de inducción la carga

mecánica es de carácter real.

Si se toma como referencia el flujo, entonces la corriente de flujo está en fase con el flujo pero

con un ángulo de 90 grados en atraso con respecto a la fem inducida. En fase con la fem E2 se

encuentra la corriente que causa pérdidas en el entre núcleo y juntas hacen la corriente de

magnetización Im. La corriente del rotor está en atraso con respecto a la fem ya que el rotor es

de carácter inductivo. La suma fasorial de las corrientes del rotor y de magnetización equivale

a la corriente del estator I1. Conociendo las caídas en el estator por su reactancia y resistencia

se puede construir el fasor V1 tal como se hacía para el transformador.

35

POTENCIA DESARROLLADA

Del diagrama de potencia se puede encontrar la relación entre la potencia mecánica

desarrollada, la potencia de campo giratorio o del entrehierro y las pérdidas de cobre del

rotor.

Se sabe según el diagrama de flujo de potencia que Pmdes = Pcgir – Pcur

Donde la potencia de campo giratorio se la puede calcular del circuito: Pcgir= m2I22r2/s

Las Pérdidas de cobre en rotor son: Pcur = m2I22r2

Para calcular la potencia mecánica desarrollada se aplica la ecuación anterior, de donde:

Pmdes= m2I22r2/s - m2I2

2r2 = m2I22r2(1-s)/s

Entonces se puede obtener las siguientes expresiones: Pmdes = Pcur (1-s)/s. Así como

también: Pmdes = Pcgir (1-s)

El torque que se induce o torque desarrollado está dado por la siguiente ecuación:

[ ]

[ ]

Aquel torque inducido o desarrollado no es el mismo que se tiene en el eje, para saber el

torque que se puede medir en el eje es necesario encontrar las pérdidas de fricción y otras

pérdidas mecánicas.

Con las expresiones que se encontró con anterioridad, se puede hallar una expresión

equivalente para el torque:

[( ) (

) ]

Si se analiza el circuito del motor y se hace máxima transferencia de potencia al circuito

aproximado o al circuito de THEVENIN para la resistencia r2’/s se puede hallar el valor de s que

da torque máximo y el torque máximo:

√

( )

La explicación se basa en que la resistencia en la cual se aplica el Thevenin, en este caso la

resistencia de campo giratorio R2/s tiene que tener la magnitud del resto del circuito.

36

Sabiendo que Pcgir es m1I’22r’2/s y reemplazando el valor de s que da el torque máximo, la

expresión resultante para el torque máximo es la siguiente:

* √ (

) +

Donde el signo positivo se utiliza cuando es un motor y el signo negativo se utiliza cuando se

trata de un generador.

Si se dan distintos valores del deslizamiento se puede graficar el torque en función de la

velocidad o del deslizamiento tal como se ve en la siguiente figura:

La gráfica manifiesta que la máquina trabaja que la máquina trabaja en su capacidad nominal

en el punto A cuando el deslizamiento es por lo general entre el 3 y el 8 por ciento. El punto C

representa el torque máximo y el punto D representa el torque de arranque que se hace con

velocidad de cero o deslizamiento de 1. La curva punteada da el torque de la carga. La

máquina trabaja en el punto B en que la máquina produce un torque igual al que la carga

necesita.

Se logra hacer que la máquina trabaje como generador si se mueve a una velocidad mayor a la

velocidad del sincronismo. Esto nunca se logra si la máquina trabaja por sí sola, pero sí se logra

utilizando un primo motor. El generador sincrónico no puede entregar potencia reactiva

porque no tiene circuito de campo separado, por lo que necesita de capacitores para trabajar.

37

A veces es interesante referir el par del motor al par máximo y al deslizamiento de torque

máximo. Así si se divide la ecuación del torque inducido para la ecuación del torque máximo.

Con una serie de simplificaciones se llega a la siguiente fórmula de Kloss:

√

√

(

)

Donde Q = (X2+X1)/R1

Cuando R1 es despreciable, la ecuación toma otra forma que se obtiene con el teorema de

L’Hôpital.

También se puede encontrar una fórmula de Kloss cuando se considera R1 despreciable, que

relaciona la corriente con la corriente de torque máximo:

√

(

)

Con estas fórmlas de Kloss y Kloss-L’Hôpital, conocimientos del circuito equivalente de la

máquina y principios básicos aprendidos en Análisis de Redes Eléctricas, se puede hacer

cualquier cantidad de problemas de máquinas de inducción.

38

DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL CIRCUITO

EQUIVALENTE a) Prueba de Corriente Continua

Se somete al estator a una tensión de corriente continua entre dos de las tres líneas y se mide

la corriente que circula. Esto permite poder medir la resistencia del estator usando la siguiente

relación:

Si el rotor está en estrella, siguiendo las leyes de Kirchoff: Vcd=Icd(2·R1), por lo que

R1=Vcd/(2Icd).

Si el rotor está conectado en delta, siguiendo las leyes de Kirchoff: Vcd=Icd(2·R1/3), por lo que:

R1=3Vcd/(2·Icd).

b) Prueba de Vacío

La prueba de vacío se asemeja a la prueba de circuito abierto del transformador y se

determinan los mismos parámetros del circuito equivalente que se determinan con la prueba

anterior.

Además también se pueden determinar las pérdidas de hierro y pérdidas mecánicas.

Pin= m I12R1+Pn+Pf

Pf + Pn = Pin - PCUe

Se considera la prueba de vacío ideal, cuando prácticamente no hay pérdidas ya que las

pérdidas las genera un primo motor cuando hace que la máquina se mueva a velocidad

sincrónica.

39

c) Prueba de Rotor Bloqueado

La prueba de rotor bloqueado es semejante a la prueba de corto circuito del transformador y

se determinan los mismos parámetros.

La prueba de corto circuito determina el la resistencia equivalente usando el circuito

aproximado.

(

) ( )

√

40

DIAGRAMA DE CÍRCULO DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN Las corrientes de operación de un motor de inducción se pueden encontrar conociendo los

parámetros de los ensayos antes realizados: Prueba de corto circuito y prueba de vacío.

Considere la impedancia de la rama serie:

(

) (

)

Donde para conocer I1 es necesario antes conocer el lugar geométrico para I2.

Utilizando el circuito aproximado se sabe que

| |

√(

)

( )

Como el deslizamiento es variable se puede poner la expresión en función del ángulo de la

carga:

( ) (

)

√(

)

( )

Multiplicando el término de las reactancias a la expresión de la corriente entonces:

| |

( )

| ( )|

Por lo que el lugar geométrico de la corriente es un círculo.

Entonces, conociendo los siguientes parámetros de la máquina: Im = Io < θm, IL < θcc con un

voltaje aplicado VL entonces Icc = Vn/VL < θ2’sc y Pcc = V1·Icc·cos(θ2’sc)

Los pasos que se deben seguir para graficar el diagrama circular son:

Graficar OA = Im < θm donde el ángulo se lo toma con respecto al eje de las Y

Graficar As = Icc, que representa la línea de potencia mecánica desarrollada.

Graficar el arco AB mediante el intercepto de la mediatriz de la recta As y la línea paralela al

eje x que es el centro del arco AB.

41

Graficar la extensión de la recta As y el intercepto con el eje x es el punto O’.

Graficar sobre el eje O’ y ubicar el punto Y al azar y trazar una línea punteada denominada

línea de eficiencia. El punto Y será el 100%

Prolongar As hasta la línea de eficiencia y marcar ese punto P como el valor de eficiencia de

0%.

La línea Par motor se logra dividiendo la línea SL en dos partes la inferior proporcional a R1 y la

superior proporcional a R2. Dividiendo en LK y SK. La línea de Par motor o línea de torque será

AK.

Trazar una recta paralela a la línea del torque, tal que pase por el punto P, esa es la línea del

deslizamiento. Donde si se traza la perpendicular a la recta AB que pase por el punto A, el

intercepto con la línea de deslizamiento es el punto Q de deslizamiento del 0% y el punto P el

deslizamiento del 100%.

Cuando la máquina trabaja con una magnitud de corriente igual a OC se encuentra la magnitud

de la corriente del rotor como AC.

La prolongación de la recta AC intercepta a la línea del deslizamiento en el punto R. Si se divide

la magnitud de RQ para PQ, ese es el deslizamiento.

La prolongación de la recta O’C intercepta a la recta del rendimiento en el punto x. La división

de la magnitud de XP para YP es el rendimiento de la máquina.

42

DEBER DEMOSTRACIONES DEL DIAGRAMA DE CÍRCULO Se observa que en esta gráfica CD = I1cos(θ) Este representa el componente activo de la

potencia de entrada en el motor:

( )

En consecuencia los valores de CD son potencias consumidas por el motor, porque está sobre

el eje horizontal, mientras que si C se encuentra en la parte inferior significa que sede potencia

a la red. La recta CD se puede dividir en varias partes. Ya que EF es proporcional a R’2 y FG a R1

se obtiene por semejanza de triángulos que:

Como en el punto S no se desarrolla potencia mecánica se puede determinar el valor de las

pérdidas para ese punto:

( )

( )

( )

En base a semejanza de triángulos para cada punto de operación: La distancia CE es la potencia

mecánica desarrollada, la distancia EF es la pérdida de cobre en el rotor, FG en el estator y GD

es la pérdida del núcleo:

( )

( )

( )

La potencia de campo giratorio sería entonces Pin – Pfe – Pcu1 es decir: CF = CD– GD – FG.

La potencia mecánica desarrollada es Pin – Pfe –Pcu = CE = CD – GD - EG

Por lo tanto la eficiencia sería la división de la potencia de entrada para la potencia mecánica

desarrollada.

El deslizamiento se calcula de la siguiente forma:

El factor de potencia es la división de la corriente de entrada entre La proyección sobre el eje

y.

( )

43

Demostración de la línea de EFICIENCIA.

Los triángulos O’PY y EO’D son semejantes entre sí. Así mismo los triángulos CDO’ y O’YX

también son semejantes entre sí. Lo cuál nos permite hacer la relación entre los lados de los

triángulos.

Del primer par de triángulos semejantes se tiene que:

Del segundo par de triángulos semejantes:

Por lo cuál:

Y queda la siguiente relación:

44

Demostración de la línea de deslizamiento

Los triángulos CFA y QAR son semejantes entre sí. Así mismo los triángulos EFA y AQP también

son semejantes entre sí. Lo cuál nos permite hacer la relación entre los lados de los triángulos.

Del primer par de triángulos semejantes se tiene que:

Del segundo par de triángulos semejantes:

Por lo cuál:

Y queda la siguiente relación:

45

MÉTODOS DE ARRANQUE En relación con su tensión, éstos motores cuando su utilidad es industrial suelen ser de 220 V

y 380 V, para máquinas de pequeña y mediana potencia, siendo considerados de baja tensión.

No sobrepasan los 600 KW a 1800 r.p.m.

Los motores de mayor tensión, de 500, 3000, 5000, 10000 y 15000 V son dedicados para

grandes potencias y los consideramos como motores de alta tensión.

Los motores que admiten las conexiones estrella y delta, son alimentados por dos tensiones

diferentes, 220 V y 380 V, siendo especificado en su placa de características.

Tipos de arranques de motores

Las conexiones de un motor son muy sencillas de realizar, para ello el fabricante dispone en la

carcasa del motor de una caja de conexiones con 6 bornes, en donde nosotros haremos las

conexiones pertinentes, dependiendo de si deseamos una conexión tipo estrella o una

conexión tipo delta. Veámoslo con unos gráficos

Hay varios tipos de arranques de motor, cada uno con sus peculiaridades y su motivo, en esta

ocasión vamos a ver los más empleados en la industria.

ARRANQUE ESTRELLA-DELTA

Las conexiones se realizan de la siguiente manera en la caja de la bornera:

46

Ahora bien, puede ser que nos interese hacer, mediante contactores, un cambio de conexión

estrella-delta, en ese caso solo tenemos que conectar la salida de los contactores a la caja de

bornes.

El esquema nos explica, empezando desde arriba, que el circuito tiene tres fusibles F3, un relé

térmico F2,que se utiliza para proteger el motor, y que tiene 3 contactores KM1, KM2 y KM3.

Además, si comparamos los dos esquemas, veremos que el esquema de maniobra incorpora

un temporizador KA1 y dos interruptores S1 y S2. Además, en el esquema de maniobra, entre

KM2 y KM3, está representado el enclavamiento mecánico, es el delta que une las dos bobinas

de los contactores con líneas discontinuas, no es obligatorio dibujarlo, porque un poco más

arriba está representado el enclavamiento eléctrico, son los dos contactos que están

inmediatamente después de KA1.

Circuito de potencia del arranque estrella-delta

Circuito de maniobra del arranque estrella delta

Explicación de la maniobra:

Si pulsamos sobre S1 tenemos la conexión en estrella, porque entran en funcionamiento KM1,

KM2 y KA1. Transcurrido un tiempo, pasamos a la conexión en delta por medio del

47

temporizador KA1, se activa KM3 y se desactiva KM2. Recordar, el temporizador debe

activarse cuando se alcance el 80% de la velocidad nominal del motor.

S2 Es el interruptor de paro. Desconecta a KM1,KM3 y KA1.

Se inicia el paro del motor, lleva una inercia

Este tipo de arranque se utiliza para limitar la intensidad absorbida en el momento de

arranque del motor. Si disponemos de un motor de 220 V y lo conectamos, en primer lugar, en

estrella, tendremos una tensión de 127 V, con la cual, obtendríamos una intensidad 2 veces la

nominal. En cambio, si lo hacemos directamente, tendríamos una intensidad de 5 veces la

nominal. Al conectar primero en estrella y después en delta, mediante un temporizador,

reducimos el sufrimiento del bobinado al rebajar la intensidad de absorción.

En la actualidad existen unos equipos llamados arrancadores estrella-delta que realizan este

cometido de forma mucho más exacta, pues, lo ideal es que se realice el cambio de estrella a

delta cuando el motor halla alcanzado el 80% de su velocidad nomina.

ARRANQUE CON RESISTENCIAS ESTATÓRICAS

Este tipo de arranque se utiliza para reducir la intensidad de arranque. El funcionamiento es

similar al anterior expuesto. Es decir, en una primera instancia, entran en funcionamiento las

resistencias y en una segunda instancia, el motor es alimentado directamente. Para este

proceso se utiliza dos contactores y un temporizador.

Las particularidades más interesantes son que las resistencias tienen un número limitado de

arranques cada X tiempo, que debe ser señalado por el propio fabricante. La ventaja que tiene

este tipo de arranque, es que no hay una caída de tensión, algo que si sucede con el arranque

estrella-delta. Se utiliza en motores que deben accionar máquinas con un par bajo en su

arranque. En la siguiente página tenéis los dos circuitos, el de potencia y el de maniobra:

arranque con resistencias estatóricas.

48

Circuito de potencia para arranque resistencia estatórica

En el esquema de maniobra, está representado tres fusibles F3, un relé térmico F2, dos

interruptores S1 y S2, un temporizador KA1, y dos contactores KM1 y KM2.

En el esquema de potencia se puede ver la representación de las resistencias estatóricas. No se

pueden representar en el esquema de maniobra, porque no son un elemento de control,

además, todo el circuito de maniobra es precisamente para controlar dichas resistencias.

Circuito de maniobra para arranque por resistencias estatóricas

Explicación de la maniobra :

S1 : Al pulsar sobre S1, entran en funcionamiento KM1 y KA1. Transcurrido un tiempo KA1,

temporiza y cambia KM1 por KM2, dejando desconectadas las resistencias estatóricas y

conectando el relé térmico de seguridad F2.

S2 : Desconecta a KM2 y F2. Inicio del paro del motor, tiene una inercia.

49

ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR Este tipo de arranque mejora al arranque con resistencias estatóricas, al tener un mejor par y

no existir pérdidas por la disipación de calor en las resistencias. Sin embargo, presenta un

inconveniente, el precio, pues resulta más económico el arranque por resistencias estatóricas.

Se emplea el arranque por autotransformador en motores de gran potencia, y como siempre,

con la intención de reducir la intensidad absorbida en el momento de arranque.

Circuito de potencia para arranque a autotransformador

El esquema presentado aquí, trata sobre el arranque de un motor sobre dos puntos. La utilidad

de éste tipo de arranque es poder reducir la intensidad durante el arranque, se usa en

máquinas donde el par resistente sea bajo. Se emplea con motores trifásicos con el rotor en

cortocircuito.

Como el esquema indica, si accionamos sobre el pulsador S1 entrarán en juego KA1,KM1 y

KM2.

Con el temporizador KA1 regularemos el tiempo necesario para que cuando el motor se

encuentre en los valores nominales, se desconecten KM1 y KM2, conectándose a su vez KM3,

entonces el motor estará en régimen de trabajo habitual. En cambio, si deseamos detener el

motor, solo tenemos que accionar el pulsador S2.

50

Circuito de maniobra para arranque a autransformador

De lo aprendido en maquinaria uno y sabiendo que el torque es proporcional al voltaje

aplicado:

51

RESISTENCIAS ROTÓRICAS Un motor de anillos no puede arrancar en directo (devanados rotóricos cortocircuitados) sin

provocar puntas de corriente inadmisibles. Es necesario insertar en el circuito retórico

resistencias que se cortocircuiten progresivamente, al tiempo que se alimenta el estator a toda

la tensión de red.

En este tipo de arranque se tiene que:

√

Por lo que se obtiene que:

√

52

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Fraile Mora Jesús. Maquinarias Eléctricas. Mc. Graw-Hill. Interamericana de España, S.A.U.

Madrid, España

[2] Chapman S. J. Máquinas Eléctricas. Mc. Graw-Hill Latinoamericana, S.A. Bogotá, Colombia.

[3]Apuntes de clases del Ingeniero Gustavo Bermúdez

[4]Página web http://apuntes.rincondelvago.com/motor-de-induccion.html

[5] (2009) Electricidad y Automatismos. Fuente en la página web: http://www.nichese.com

[6](2009)Temas Técnicos. Fuente en la página web.

http://www.frsfco.utn.edu.ar/cideme/tema2.htm