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HOJA DE TECNOLOGÍA ESPECÍFICA El MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO DE ROTOR BOBINADO

ENSAYO DE MÁQUINA DE CORRIENTE ALTERNA SEMANA

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LOS MOTORES DE ANILLOS ROZANTES

Los motores de anillos rozantes se usan en aplicaciones que exigen un alto par o una baja corriente en el arranque. Estos motores ofrecen la máxima disponibilidad y se recomiendan especialmente para aplicaciones con cargas de elevada inercia, como molinos o situaciones donde las condiciones de la red sean débiles. Los motores de anillos rozantes son de construcción modular y disponen de una amplia gama de accesorios. En función de la aplicación, hay disponibles numerosos tipos de cubiertas y refrigeraciones alternativas.

¿Cuál es el inconveniente que presenta este motor por lo que sólo es utilizado en grandes instalaciones?, Que para pasar de asíncrono a síncrono, necesita una serie de equipos tales como: Resistencia para el arranque como motor asíncrono, conmutador que desconecta esta resistencia y conecta a los anillos rozantes. CONSTRUCCIÓN El motor asíncrono de inducción trifásico con rotor bobinado (asíncrono sincronizado) está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio.

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DIAGRAMAS

FUNCIONAMIENTO En los motores de rotor devanado o con anillos se puede reducir la corriente de arranque introduciendo una resistencia adicional en cada una de las fases del rotor. La operación se realiza con la ayuda de un reóstato trifásico, como se indica en la figura, donde se ha supuesto que los devanados de la maquina están conectados en estrella. En el arranque se introduce toda la resistencia adicional (posición 1), de esta forma aumenta la impedancia de la máquina y se reduce la corriente inicial; conforme al motor inicia su marcha, se va eliminando la resistencia del reóstato pasando el mando móvil a las posiciones 2,3 y 4, que conforman una serie de contactos, en la última parte queda cortocircuitado el rotor y finaliza la operación de arranque. En esta situación, para reducir las pérdidas mecánicas del motor y también el desgaste de anillos y escobillas, estas máquinas llevan a menudo dispositivos para levantar las escobillas y poner en cortocircuito los anillos. Aplicaciones Molinos de bolas, Ventiladores, Extractores, Trituradores, Bombas en general, Otros.

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PAR MOTOR El par motor es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia o, dicho de otro modo, la tendencia de una fuerza para girar un objeto alrededor de un eje, punto de apoyo, o de pivote. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por:

Donde: 

P = es la potencia (en W)



M = es el par motor (en N·m)



ω = es la velocidad angular (en rad/s)

CURVA CARACTERÍSTICA DE PAR MOTOR - POTENCIA

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¿PORQUÉ USAR UN MOTOR ASÍNCRONO Y NO SÍNCRONO? Existe un inconveniente importante en el empleo de los motores síncronos, que limita fuertemente su empleo: La inercia de la carga, que produce que el motor no arranque con carga mecánica, porque debería pasar casi instantáneamente entre estar parado a estar girando a frecuencia fija. En cambio, los motores asíncronos arrancan con facilidad bajo carga, porque el efecto de tiro del electroimán del rotor, es más fuerte cuanto más grande es la diferencia de velocidades de rotación (deslizamiento) y el devanado de rotor corta más líneas de fuerza, esto sucede en el momento del arranque y por lo tanto el motor arranque aumentando utilizando el tiempo necesario para vencer la inercia. ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS Existen varios métodos de arrancar motores eléctricos trifásicos, estos se dan con el fin de reducir la intensidad de arranque al iniciar la puesta en marcha, entre los tipos tenemos: a) b) c) d)

Arranque directo Arranque estrella – triangulo Arranque por resistencia rotóricas Arranque por resistencias estatóricas.

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Arranque por resistencias estatóricas: Consiste en arrancar el motor a tensión reducida por la inserción de resistencias en serie con los devanados de la máquina. Según se estabiliza la velocidad, las resistencias se eliminan, quedando el motor conectado directamente a la red. Se pueden incluir varios escalones en función de las características de la instalación. Como el par es proporcional al cuadrado de la tensión, aumenta más rápidamente que en el caso del arranque Y-². Sin embargo, la punta de corriente es relativamente importante. Su aplicación principal es en máquinas de fuerte inercia, cuyo par resistente crece con la velocidad, (ventiladores).

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Arranque por resistencias rotóricas: Se utiliza para arrancar motores de inducción de rotor bobinado, ya que de lo contrario se producirían corrientes inadmisibles en el arranque. El estator se alimenta con la tensión plena y el control de la corriente y el par de arranque se realiza mediante la inserción de resistencias que se cortocircuitan progresivamente, hasta quedar cortocircuitado directamente el rotor. En el arranque se tiene la mayor resistencia y la menor velocidad y alcanza su plena velocidad cuando la resistencia está completamente cortocircuitada.

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CURVAS CARACTERÍSTICAS

Arranque por autotransformador:

En este caso conectamos el estator a red a través de un autotransformador, y vamos aumentando la tensión hasta alcanzar su valor nominal. Su aplicación es en motores de gran potencia (superior a 100 kW). Pueden aparecer perturbaciones transitorias en la red que deben ser corregidas.

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LA CORRIENTE DE FOUCAULT La corriente de Foucault se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados. En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste. Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Más concretamente, dichas corrientes transforman formas útiles de energía, como la cinética, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto inútil, cuando no perjudicial. A su vez disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos

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magnéticos variables, como los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos. Estas pérdidas se pueden minimizar considerablemente. En alta frecuencia: utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) En baja frecuencia: utilizando delgadas hojas de acero eléctrico, apiladas pero separadas entre sí mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden mutuamente aisladas eléctricamente. Los electrones no pueden atravesar la capa aislante entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en un proceso análogo al efecto Hall, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault. Cuanto más corta sea la distancia entre laminados adyacentes (por ejemplo, cuanto mayor sea el número de laminados por unidad de área, perpendicular al campo aplicado), mayor será la eliminación de las corrientes de Foucault y, por lo tanto, menor el calentamiento del núcleo. APLICACIONES Eléctricas Las corrientes de Foucault son usadas para aumentar el efecto en convertidores de movimiento a electricidad como en los generadores eléctricos y los micrófonos dinámicos. También pueden ser usados para inducir un campo magnético en latas de aluminio, lo que permiten que éstas sean fácilmente separables de otros elementos reciclables. Los superconductores permiten una conducción perfecta, sin pérdidas, que crean corrientes de Foucault iguales y opuestas al campo magnético externo, permitiendo de esta manera la levitación magnética. Por la misma razón, los campos magnéticos dentro de un medio superconductor serán exactamente cero, independientemente del campo externo aplicado. Una de las aplicaciones prácticas de las corrientes de Foucault es la utilizada en los medidores de consumo eléctrico, donde el disco corta líneas de fuerza, al girar, accionado por el campo de un imán. Las corrientes, que se producen en el disco, generan una fuerza opuesta a la que acciona. Este frenado de corrientes de Foucault permite calibrar los contadores, modificando la posición del imán. Este mismo dispositivo sirve para el ajuste de fin de velocidad de los gira discos y el amortiguamiento de los instrumentos de medida. Algunos tacómetros tienen un imán que gira a la velocidad que se trate de medir frente a un disco metálico móvil. Las acciones electromagnéticas, debidas a las corrientes de Foucault, lo accionan en sentido de rotación del imán. Gracias a un muelle de retorno, se consigue inmovilizar el disco en una posición de equilibrio, que es función de la velocidad del imán. Las corrientes de Foucault se emplean aún en ensayos no destructivos para detectar discontinuidades superficiales y medir conductividad eléctrica en metales no magnéticos. Mecánicas Las corrientes de Foucault son usadas para frenar al final de algunas montañas rusas. Este mecanismo no tiene ningún desgaste mecánico y produce una precisa fuerza de frenado. Típicamente, pesadas placas de cobre extendiéndose desde el carro son

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movidas entre pares de imanes permanentes muy potentes. La resistencia eléctrica entre las placas genera un efecto de arrastre análogo a la fricción, que disipa la energía cinética del carro. Efecto de frenado Aunque la pérdida de energía útil resulta casi siempre indeseable, a veces tiene algunas aplicaciones prácticas. Una de ellas es en algunos trenes y vehículos pesados, como autocares y camiones, cuyos frenos se actúan a base de inducir corrientes de Foucault (eddy current brake). Durante el frenado, las llantas de metal en las ruedas están expuestas al campo magnético de un electroimán, que genera corrientes de Foucault en los núcleos y llantas de las ruedas. Las corrientes de Foucault encuentran resistencia mientras circulan a través del metal, y disipan energía en forma de calor, haciendo que las ruedas disminuyan su velocidad. Cuanto más rápido giren las ruedas, más fuerte será el efecto, resultando que a medida que el tren disminuye su velocidad, también lo hará la fuerza de frenado, consiguiéndose un frenado suave proporcional a la velocidad de las ruedas. Si se coloca un disco de aluminio, que gira de forma libre, frente a un imán, el campo magnético producido por el imán reduce sensiblemente la velocidad de rotación del disco, es decir, produce un par de frenado proporcional a la velocidad del disco. Este efecto de frenado es también debido a las corrientes de Foucault, y se aplica en numerosos aparatos de medida, como por ejemplo, en los vatihorímetros o contadores de energía eléctrica. Hay que puntualizar que esta acción de frenado sólo se manifiesta en planos perpendiculares a las líneas de inducción, ya que los circuitos abrazan la mayor parte del flujo, experimentando el máximo efecto de las variaciones cuando está de forma perpendicular.