TEMA IV.a - lbcalmaq - Universidade de Vigo

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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Introducción
Detalles de construcción:
Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor.
Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (B);
Capa de corriente (A);
Número de polos (p);
Diámetro (D);
Longitud (L).
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Devanado.
Cálculo del rotor:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito.
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Introducción
• No existen soluciones únicas en el diseño. Más bien decisiones
de compromiso que tratan de armonizar los factores involucrados
(cálculo iterativo).
• Los valores de trabajo en máquinas eléctricas (B: 1,5 a 2 T,
• A: 6000 a 8000 A/mm) dependen fuertemente del avance tecnológico.
• Cada fabricante tiene sus propios criterios y procedimiento.
• Existen programas informáticos de cálculo.
• Se pretende adquirir las pautas generales de diseño.
No las particularidades.
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Introducción
Detalles de construcción:
Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor.
Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (B);
Capa de corriente (A);
Número de polos (p);
Diámetro (D);
Longitud (L);
Longitud del entrehierro (g).
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Devanado.
Cálculo del rotor:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito.
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Detalles de construcción:
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Introducción
Detalles de construcción:
Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor.
Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (B);
Capa de corriente (A);
Número de polos (p);
Diámetro (D);
Longitud (L);
Longitud del entrehierro (g).
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Devanado.
Cálculo del rotor:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito.
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Pauta de cálculo:
Especificaciones
Tomar (Bmedia)Teórica
Dimensionamiento
(D2L) y D
Dimensionamiento
del estator
Dimensionamiento
del rotor
Obtención
Parámetros del circuito equivalente
No
Cumple las especificaciones
Si
Diseño
mecánico
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Fabricación
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Pauta de cálculo:
Dimensionamiento
del estator
Dimensionamiento
del rotor
Elección del número
ranuras del estator nrs
Elección del número
ranuras del rotor nrr
Estimar
Conductores/ranura Ncrs
Estimar
Conductores/ranura Ncrr
Elección J (A/mm2)
Elección J (A/mm2)
Dimensionar conductores (scs ; lc ; Lesp_s ; rcs)
Dimensionar conductores (scr ; lc ; Lesp_r ; rcr)
Dimensionar ranuras del estator (bs;hs)
Dimensionar ranuras del rotor (br;hr)
Dimensionar dientes del estator (ts -bs)
Dimensionar dientes del rotor (tr -br)
No
B satisfactorias
Si
No
B satisfactorias
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Si
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Pauta de cálculo:
Especificaciones técnicas iniciales:
POTENCIA NOMINAL (Pu)
TENSION (Us)
VELOCIDAD NOMINAL (n = ns (1-s))
CARACTERISTICA PAR-VELOCIDAD (Ta/Tn ; Tmax/Tn)
TEMPERATURA (Tincr)
RENDIMIENTO (η)
F.D.P. (cosϕ1)
CLASE DE SERVICIO
FORMA CONSTRUCTIVA
Utilización de las normas y catálogos.
Referencia de documentación e información existente (tablas, graficas, ..).
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Pauta de cálculo:
Los datos de partida pueden obtenerse de las normas y catálogos.
Pu
η
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Pauta de cálculo:
Referencia de documentación e información existente (tablas, graficas, ..).
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Pauta de cálculo:
Referencia de documentación e información existente (tablas, graficas, ..).
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Pauta de cálculo:
Referencia de documentación e información existente (tablas, graficas, ..).
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Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
Capa de corriente (A)
Número de polos (p)
Diámetro (D)
Longitud (L).
Longitud del entrehierro (g).
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Pauta de cálculo:
I1
I0
IFe E1 Iµ
U1
RFe
Xµ
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
Xcc = Xd1 X'd2
Rcc = R1 + R'2
I'2
Ns
U'2
E'2
Vacío (s=0)
IFe
R’c = R’2 (1 – 1)
s
Φ
Carga
IFe
U1 = Ured
U1 = Ured
f.d.p
Iµ
Iµ
Io
Io
I2
I1 = Ired
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Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
Corriente de magnetización: Iµ
Saturación: Bdiente
Flujo de dispersión (Xcc): f.d.p
IFe
Ured
f.d.p
Iµ
Io
I2
Ired
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Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
Corriente de magnetización: Iµ
Ns Iµ = ℜo Φmedia = (1/µo) g Bmedia
Qµ = Iµ Ured
Saturación: Bdiente
Bmedia
πD
B diente
=
Bmedia ( t − b)nd
Flujo de dispersión (Xcc): f.d.p
Pred = m1 U1F I1F cosϕ1
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Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
Corriente de magnetización: Iµ
Ns Iµ = ℜo Φmedia = 1/µo g Bmedia
t
b
Qµ = Iµ Ured
Bdiente
Bmedia = Bdiente ((t-b) nd /(πD))
Bmedio
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Pauta de cálculo:
Iµ
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
Bdiente
Bmedia = Bdiente ((t-b) nd /(πD))
PFe
Saturación
N
Ideal
(1,4 – 1,9 T)
Xd
(0,4,06 – 0,8 T)
(0,5 – 0,95 T)
(0,9 – 1,2 T)
1T
Interesa: margen de sobrecarga hasta alcanzar saturación.
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (Bmedia)
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Capa de corriente (A)
(8000 – 25000 A-v/m)
A depende:
Tincr = Tp - Tamb = Pperd/(S hf)
Xd
D
L
Refrigeración
Condiciona la clase de aislante
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Capa de corriente (A)
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Número de polos (p)
60
n =
f
s
p
p=
60
f
ns
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Diámetro (D)
PC . A. = C C . A. ( D 2 L ) Ω
CCA = 1.11 π2 Bmedia Au
Longitud (L).
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
L
Pauta de cálculo:
τ=
π D
2p
Diámetro (D)
Longitud (L).
L/τ = ( 0,6 - 1 – 1,5 – 2,0)
Buen Mínimo
f.d.p. coste
πD
( 0,6 - 1 – 1,5 – 2,0)
L=
2p
Buen rendimiento
Diseño equilibrado
Motor fraccionario
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Diámetro (D)
L/τ = ( 0,6 - 1 – 1,5 – 2,0)
Longitud (L).
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Diámetro (D)
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Espesor del entrehierro (g)
Interesa:
Ns Iµ
f.d.p.
Pérdidas adicionales
(campo pulsante sup)
g
Tanto como mecánicamente posible
g
Ruido magnético
Experimentalmente:
g = 3.06 -
6560
D + 2280
D en [mm]
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Pauta de cálculo:
Longitud del entrehierro (g [mm])
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
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Introducción
Detalles de construcción:
Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor.
Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (B);
Capa de corriente (A);
Número de polos (p);
Diámetro (D);
Longitud (L);
Longitud del entrehierro (g).
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Devanado.
Cálculo del rotor:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito.
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Cálculo del estator:
Devanado
hs
A
CONDUCTORES ELEMENTALES
EN PARALELO
bs
A’
BOBINA: Conjunto de espiras (conductores) en serie. Conductores de ida están en
la misma ranura (lado activo de ida). Conductores de vuelta están en la ranura (lado
activo de vuelta)
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Cálculo del estator:
Devanado
Devanado concéntrico
Mismo eje
Devanado excéntrico
Distinto eje
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TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Cálculo del estator:
Devanado distribuido
Para eliminar e contenido armónico del
campo se distribuye el devanado. Dado
que al ser una máquina trifásica, el
armónico 3º se anula (bien con estrella
o triángulo). Para eliminar el armónico
5º, se debe acortar el devanado 1/5 del
paso polar. Del armónico 7º en adelante,
se desprecian.
Angulo geométrico: α
Angulo eléctrico: θ = p α
Angulo eléctrico paso polar: θτ = p ατ =180º
Paso polar
Angulo eléctrico: θτ = 180º
Angulo geométrico: α=θτ/p = 180º/p
θτ/5
36º
θτ/5
36º
θτ = 180º
Paso polar: τ
Los armónicos se cancelan.
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Cálculo del estator:
Devanado
Supuesta distribución senoidal/fase
EsF = 4 Kf Kb f Ns Φmed
Pu
IsF =
3 UsF cosϕ η
hs
bs
R1
Xd1
IsF
UsF
f1
ω1
Ns
EsF
I2F
E2F
R2
f2
Xd2
ω2
Rc
Valores admisibles de densidad de corriente en conductores:
Js = 3 – 6 A/mm2
(+ refrigerado)
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Cálculo del estator:
Devanado
Supuesta distribución senoidal/fase
EsF = 4 Kf Kb f Ns Φmedio = 0,97 UsF = UsF
IsF =
Pu
3 UsF cosϕ η
- (R1+ j Xd1) IsF
scs =
Ns
IsF
Js
Lesp_s = 2 L+ 2,3 τ
rsF =
ρ NsIsF
scS
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas.
Abierta
nrs
Semicerrada
Aislante
nrs
Coste montaje bobinas
Xd = ω Ld = ω (Nc Φd)
Cerrada
I
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Tema IV Diseño de máquinas asíncronas
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas.
Factor de llenado de ranura: Kr = 40 – 50 %
Srs = (Ncr sc)/Kr = bs · hs
Bdiente ≈ 1,7 T
p Φmedia
nr
ts - bs =
1,7 L
Bnucleo_s = 1,5 T
hs
hs / bs = 3 - 6
bs
Φmedia
De – D – 2 hs = 2
1,5 L
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Introducción
Detalles de construcción:
Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor.
Pauta de cálculo:
Inducción en el entrehierro (B);
Capa de corriente (A);
Número de polos (p);
Diámetro (D);
Longitud (L);
Longitud del entrehierro (g).
Cálculo del estator:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Devanado.
Cálculo del rotor:
Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito.
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