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• Cristhian Andres

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TECSUP – PFR

Máquinas Eléctricas II

Unidad I

MOTOR DE INDUCCIÓN

Figura 1.1

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Devanado del estator: bobinado fijo, a la carcasa. Carcasa: estructura de soporte. Paquete de chapas magnéticas del estator: camino para cerrar el circuito magnético en el estator. Tapa del cojinete: Ventilador: proporciona aire forzado para la refrigeración del motor. Caja de bornes: es donde se realiza la conexión eléctrica hacia el exterior. Barras del rotor: conductores de corriente principal del rotor. Paquete de chapas magnéticas del rotor: camino para el circuito magnético del rotor. Eje: sirve para acoplar la carga mecánica del motor.

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Máquinas Eléctricas II

1.

TECSUP – PFR

PARTES DEL ROTOR

Barras conductoras

Devanad o en jaula de ardilla

Chapas del rotor Anillo de cortocircuito

Rotor ya montado

Figura 1.2 Rotor en jaula de ardilla (inducido en cortocircuito)

Figura 1.3 Sección del devanado en jaula de ardilla.

2.

ROTOR BOBINADO Los anillos rozantes proporcionan el camino para la corriente eléctrica rotórica hacia el exterior.

Figura 1.4

2

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3.

Presentaciones Exitosas

CREACIÓN DE CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO Los sentidos de corrientes indicados crean un campo magnético principal en el centro, en el sentido que indica la aguja imanada. 1

3

2

t1

i1

t1

t2

∅1

i1

t2

t3

T

i1 ∅1

∅1

t

T

T/2

t4

t3

i1

t4

∅1

∅2

∅3

∅3

i1

t1 ∅1

t2 i1 ∅1

i1

t3

∅1

i1

Figura 1.5: Corrientes trifásicas y campo giratorio bipolar que crean.

3

t4

∅1

Ingeniería Ambiental

4.

TECSUP – PFR

CAMPO MAGNÉTICO RESULTANTE EN MOTOR DE DOS POLOS (Para los tiempos t1 y t2)

Figura 1.6

5.

CAMPO MAGNÉTICO RESULTANTE EN MOTOR DE CUATRO POLOS (Para los tiempos t1 y t2)

Figura 1.5

6.

CREACIÓN DE TORQUE EN EL ROTOR En cada conductor en el que circula una corriente se crea una fuerza, esta será más efectiva en los conductores que se encuentran frente a las caras polares y nulas en las partes laterales.

4

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Presentaciones Exitosas

Figura 1.6

7.

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE EL MOTOR EN INDUCCIÓN La velocidad de rotación del campo magnético se expresa por:

ηsinc =

120ƒe P

En donde ƒe es la frecuencia del sistema en hertzios y P es el número de polos de la máquina. Este campo magnético rotario, pasa sobre las barras del rotor y les induce un voltaje. El voltaje inducido en una barra de rotor dada se obtiene por medio de la ecuación eind= (v x B). l en donde: v = Velocidad de las barras del rotor con relación al campo magnético B = Densidad de flujo magnético del estator l = longitud de la barra del rotor. No obstante, la velocidad del motor tiene un límite superior finito. Si el rotor del motor de inducción girara a velocidad sincrónica, entonces sus barras 5

Ingeniería Ambiental

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permanecerían estancionarias con relación al campo magnético y no habría inducción de voltaje. Si fuera igual a 0, entonces no habría ni corriente ni campo magnético en el rotor. Sin campo magnético en éste, el momento de torsión inducido sería cero y el rotor se frenaría como consecuencia de las pérdidas por fricción. Un motor de inducción puede, en esta forma, acelerarse hasta cerca de la velocidad sincrónica, pero jamás podrá alcanzar exactamente la velocidad sincrónica.

8.

EL CONCEPTO DE DESLIZAMIENTO DEL ROTOR El voltaje inducido en una barra del rotor de un motor de inducción depende de la velocidad del rotor con relación a los campos magnéticos. La velocidad de deslizamiento, que se define como la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad del rotor. ndesliz = nsinc - nm en donde: ndesliz = velocidad de deslizamiento de la máquina = velocidad del campo magnético ns = velocidad mecánica del eje del rotor nm El otro término usado para describir el movimiento relativo es el deslizamiento, que es la velocidad relativa expresada con base en pro unidad o en porcentaje, es decir, el deslizamiento se define como:

ndesliz (x100%) nsinc nsinc − nm s= (x100%) nsinc

s=

Esta ecuación también puede expresarse en términos de velocidad angular (radianes por segundo) como:

s=

ωsinc − ωm ( x100%) ωs

Obsérvese que si el rotor gira a velocidad sincrónica, s=0, mientras que si el rotor está fijo, s=1. Todas las velocidades normales del motor, están en algún lugar entre estos dos límites.

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Presentaciones Exitosas

Es posible expresar la velocidad mecánica del eje del rotor, en términos de velocidad sincrónica y de deslizamiento.

nm = (1 − s )nsinc Ó

ωm = (1 − s)ωsinc 9.

FRECUENCIA ELÉCTRICA EN EL ROTOR Un motor de inducción trabaja induciendo voltajes y corrientes en el rotor de la máquina y por esa razón algunas veces se ha llamado transformador giratorio. A la manera de un transformador, el primario (estator) induce un voltaje en el secundario (rotor), pero a diferencia del transformador, la frecuencia secundaria no es necesariamente la misma que la frecuencia primaria. Si el rotor de un motor está bloqueado, de tal modo que no se puede mover, entonces éste y el estator tendrán la misma frecuencia. En cambio, si el rotor gira a velocidad sincrónica, la frecuencia del rotor será cero. ¿Cuál será la frecuencia del rotor para cualquier velocidad arbitraria de rotación? Para nm=0 rpm, la frecuencia del rotor ƒr = ƒe, y el deslizamiento s=1. Para nm = nsinc, la frecuencia del rotor ƒr =0 y el deslizamiento s=0. Para cualquier velocidad intermedia, la frecuencia del rotor es directamente proporcional a la diferencia entre la velocidad del campo magnético nsinc y la velocidad del rotor nm. La frecuencia del rotor puede expresarse como: ƒr = sƒe Ejemplo:

Un motor de inducción de 208-V, 10 HP, cuatro polos, 50-Hz,

conectado en Y tiene un deslizamiento a plena carga del 5%. • • • •

¿Cuál ¿Cuál ¿Cuál ¿Cuál

es es es es

su velocidad sincrónica? la velocidad del rotor de este motor con carga nominal? la frecuencia del rotor de este motor con carga nominal? el momento de torsión sobre el eje de este motor con carga nominal?

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Ingeniería Ambiental

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Solución: • La velocidad sincrónica del motor es :

nsinc =

=

120ƒ e P

(120)(50Hz ) = 1500rpm 4polos

• La velocidad del rotor del motor se obtiene por : nm =(1-s) nsinc =(0.95)(1,500 rpm)= 1425 rpm • La diferencia del rotor del motor se obtiene por: ƒr = sƒe = (0.05)(50 Hz) = 2.5 Hz También se puede encontrar a partir de:

ƒr =

=

P (nsinc − nm ) 120

4 (1,500rpm − 1,425rpm ) = 2.5Hz 120

• El momento de torsión de la carga sobre el eje se obtiene por:

τc arg a =

Psal

ωm

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