curvas características del motor asíncrono

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CONSTITUCIÓN :
MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO
•Estator : parte fija. Formada por la carcasa. Posee una corona de chapas de acero
provistas de ranuras donde se colocan las 3 bobinas inductoras, cuyos extremos se
conectan a la placa de bornas, desde donde el motor se conectará a la red
correspondiente.
•Entrehierro: separación de aire entre rotor y estator.
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•Rotor: parte movil. Formado por chapas magnéticas aisladas y ranuradas
exteriormente. En el devanado rotórico hay 2 posibilidades:
-Rotor en Jaula de ardilla o en cortocircuito. Una serie de conductores metálicos
ensamblados en dos coronas metálicas.
- Rotor bobinado similar al del estator.
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Motor Asíncrono con Rotor Bobinado
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ESTATOR
PARTES DEL
MOTOR
ROTOR
ROTOR
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Motor Asíncrono con rotor en jaula de ardilla
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Motor Asíncrono con rotor en jaula de ardilla
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Se distinguen dos velocidades de giro: La del campo magnético y la del rotor.
•El campo magnético generado por el estator gira a una velocidad ns (rpm) ,
llamada velocidad Síncrona.
f: frecuencia ca (Hz)
60. f
n1 =
p
P: nº pares de polos
•El rotor gira a una velocidad nr: la cual no puede ser igual a ns, ya que
de ser la misma no se generarían corrientes inducidas en los conductores
del rotor y por tanto tampoco se ejercería ninguna fuerza electromagnética
sobre ellos con lo que el motor no funcionaría. Por este motivo estos
motores se llaman Asíncronos.
•Deslizamiento Absoluto: es la diferencia entre ambas velocidades de giro.
D= ns – nr
•Deslizamiento Relativo: cociente entre el deslizamiento absoluto y la velocidad de
giro del campo magnético expresado en porcentajes.
d=
ns − nr
.100
ns
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO
Campo magnético giratorio en el estator
El campo magnético induce f.e.m. en el rotor
Circulan corrientes por el rotor (que no proceden de la red sino que son inducidas)
Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator
Par en el rotor: el rotor gira
El rotor gira a una velocidad nr, inferior a la velocidad de sincronismo ns, pues en caso
contrario no se induciría f.e.m en el rotor y por lo tanto no habría par motor.
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En la siguiente animación podemos observar como el campo magnético giratorio del estator, creado por el sistema de
corrientes trifásicas R S T, y que gira a la velocidad N corta los conductores del rotor, que gira a una velocidad N < N (N
rosa, N punto verde)
flecha
S
R
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R
S S
PLACA DE BORNAS Y PLACA DE CARACTERÍSTICAS
La placa de bornas dispone de 6 bornas designadas por U-V-W extremos iniciales y XY-Z extremos finales de cada una de las 3 bobinas inductoras del estátor.
U
V
W
z
x
y
Para arrancar el motor se conectan las bornas entre
sí y luego se conexionan a la red. Esto se puede
hacer de dos formas: en estrella y en triángulo
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EN ESTRELLA:
UL =
٣.U F
IL = IF
U
U
V
W
z
x
y
Z
W
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Y
X
V
EN
TRIÁNGULO:
Z
UL = UF
IL =
٣.I F
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U
V
W
z
x
y
U
X
W
Y
V
En la PLACA DE CARACTERÍSTICAS se consignan los valores nominales que
identifican al motor en condiciones normales de funcionamiento. En ella aparecen
dos tensiones:230/400v.
El motor siempre tendrá entre los extremos de cualquier devanado la menor de las
tensiones. Ejemplo . 230v
Si se conecta a una línea de 230v, se conectará en triángulo. Si se conecta a línea
de 400v, la conexión será estrella para tener en los extremos 230v.
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CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR ASÍNCRONO
Reflejan el comportamiento de un motor. Las más importantes son:
Característica de Velocidad
Es una curva obtenida poniendo la velocidad “n” en
función de la potencia útil “Pu”, a tensión y
frecuencia constantes.
n
n = f (Pu)
U = cte
f =cte
La velocidad se reduce muy poco con la
Carga.
Se dice que su característica es dura.
Pu
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Característica de consumo
Es la intensidad que el motor absorbe de la red en función de la
potencia útil, a tensión y frecuencia constantes.
I
I = f (Pu)
Pu
U = cte
f =cte
La corriente de vacío (el motor no
suministra Pu o no existe carga) estará
comprendida entre 0,25 y 0,5 In.
Siendo In la intensidad con carga nominal
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Característica del Factor de Potencia
Es el factor de potencia del motor en función de la Pu.
cosφ
Pu
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El factor de potencia es máximo
cuando
el motor trabaja en condiciones
próximas a su funcionamiento nominal.
Siendo In la intensidad nominal
Característica Mecánica
Es la más importante. Representa como varía el par en función de la velocidad,
siendo tensión y frecuencia constantes.
M
Se observa que la velocidad se reduce muy
lentamente y casi de forma lineal de vacío a
plena carga e incluso hasta el par máximo
Mmax
Marr
n
nn
no
ns
Partiendo del par máximo y disminuyéndolo la velocidad se reduce rápidamente y el
funcionamiento es inestable.
La ordenada en el origen corresponde al par de arranque ( de valor 1,25 a 2,25 de Mn) .
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Característica de Rendimiento
Es el rendimiento en función de la Pu.
η
El rendimiento aumenta de forma
rápida hasta un valor máximo ( en el cual
las pérdidas variables son iguales a las
pérdidas fijas), a partir de ese punto, el
rendimiento disminuye según aumenta la
potencia útil.
Pu
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PUNTOS CRÍTICOS DEL FUNCIONAMIENTO DEL
MOTOR ASÍNCRONO
•Arranque : al arrancar la velocidad es cero n =0 . Y el par de arranque debe
ser superior al para resistente.
Ma (par de arranque) es aproximadamente 1,25 a 2,5 veces el par nominal, Mn.
Ia (intensidad de arranque) es de 5 a 8 veces la intensidad nominal.
M
Mmax
Marr
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•Funcionamiento en vacío: si el motor trabaja en vacío la velocidad (no) es
próxima al sincronismo ya que el motor no proporciona potencia util. El único par que
desarrolla el motor es el que corresponde a compensar las pérdidas.
•Funcionamiento estable en carga: el punto de funcionamiento es aquel en el que
se cruzan las características del motor y de la carga. Mmotor=Mcarga . El par y la
velocidadse conocen como nominales.
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BALANCE DE POTENCIAS DEL MOTOR ASÍNCRONO
Pasaremos de la potencia absorbida por el motor de la red hasta la potencia útil.
Pcu1
Potencia absorbida de la red:
Pab = m1 . U1 . I1 . cos ϕ1
Pfe
Pcu2
Pc
Pabs
Pab=√3.UL.IL.cosφ
Pa
Pm
Pmi
siendo m1 : coeficiente según nº de fases
U1 : tensión fase del estator
I1 : intensidad de fase del estator
cos ϕ1 : factor de potencia del estator (indica la cantidad de potencia que se convierte en
efectiva de la total absorbida)
Parte de la potencia absorbida se degrada en las resistencias del estator:
Pérdidas en el cobre del estator PCu1 = m1 . I12 . R1
;
PCu1 = 3 . I12 . R1
La potencia disponible para crear el campo magnético será: Pc = Pab – PCu1
Pero existen pérdidas por histéresis y corrientes de Focault (PFe)
Por tanto la potencia electromagnética transmitida al motor será :
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Pa = Pc – PFe
Pu
Pcu1
En el rotor también se producen pérdidas en el cobre PCu2:
PCu2 = m2 . I . R2
2
2
;
Pfe
Pcu2
Pabs
Pc
Pa
PCu2 = 3 . I . R2
Pm
Pmi
2
2
Así la Potencia Mecánica interna es la potencia que recogemos en el rotor en forma
mecánica:
Pmi = Pa – PCu2
Si a la potencia mecánica interna la quitamos las pérdidas mecánicas debidas a
rozamiento, ventilación ... obtendremos:
Potencia útil
Pu = Pmi – Pm
Siendo la relación entre potencia absorbida y útil ,
el rendimiento del motor:
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Pu
η =
Pab
Pu
ARRANQUE DEL MOTOR ASÍNCRONO
•Puede ser arranque directo, cuando las bobinas inductoras del estator se conectan
directamente a la red de suministro. Así el par de arranque es elevado.
Pero la intensidad absorbida en el arranque puede provocar distorsiones en la red y
provocar perjuicios a los usuarios.
•El arranque indirecto consiste en intercalar, entre las bobinas inductoras y la red de
suministro, elementos que hagan disminuir la intensidad de arranque tan elevada,
como resistencias o autotransformadores.
Así se evitan distorsiones en la red y también se disminuye el par de arranque. Una
vez arrancado el motor , se eliminan estos elementos y las bobinas quedan
conectadas directamente a la red.
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ARRANQUE DIRECTO DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ
ARRANQUE POR
RESISTENCIAS ESTATÓRICAS
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ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR DEP.TECNOLOGÍA / PROF. MARÍA JOSÉ GONZÁLEZ
ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO
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VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS
Cambio del nº de polos: aumento el nº de polos de 2 a 4 , la velocidad baja a la
mitad. Se llama control a saltos.
Solo se puede hacer en motores con rotor en jaula de ardilla pues el nº de polos del
rotor y estator debe ser el mismo.
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Lo más usado es la conexión Dhalander llamada Triángulo-doble estrella.
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FRENADO MOTORES ASÍNCRONOS
Se utilizan dos sistemas:
•Frenado regenerativo. En montacargas y grúas para limitar la velocidad de
descenso. El motor pasa a trabajar como generador. El estator se mantiene
conectado a la red y la velocidad del rotor ha de superar la de sincronismo.
•Frenado dinámico: se desconecta el motor de la red y se aplica una corriente
continua al devanado del estator. Al ser recorrido por corriente continua se crea un
campo magnético estacionario, que induce corrientes en el rotor, mientras gira,
que producen un par opuesto al del giro que hace que el motor frene.
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MOTORES SÍNCRONOS
Son motores de corriente alterna cuya parte móvil, el
rotor, gira a la misma velocidad que el campo
magnético o velocidad síncrona.
Constitución :
El estator es idéntico al de un alternador y al de un motor de inducción
asíncrono, pero el rotor es una combinación de los rotores del alternador de
polos salientes con un arrollamiento en jaula de ardilla alojado en las ranuras
practicadas en las caras polares.
Funcionamiento:
Arranca como un motor de inducción ordinario. Pero cuando el rotor ha
alcanzado velocidad y está girando con un deslizamiento de 2 o 3 % , se aplica
gradualmente una corriente continua a las bobinas de excitación (inductor) de los
polos del rotor. Estos polos imantados se unen con el campo magnético inicial
giratorio y el rotor gira entonces a la velocidad de sincronismo.
Cualquier aumento posterior del par resistente obligará al rotor a perder el
sincronismo y detenerse.
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MOTORES UNIVERSALES
Son motores que pueden ser conectados a cc y
ca monofásica.
Su constitución es como un motor de cc serie.
Se caracteriza por: elevado par de arranque, no
se embala en vacío aunque alcanza altas
revoluciones.
Ventajas:
-Funciona con cc y ca
-Elevado par de arranque, pueden conectarse a plena carga
-Velocidad de giro se adapta a la carga (mas carga menos velocidad)
-Se pueden construir para cualquier velocidad de giro. La cual se puede regular con un
potenciómetro conectado en serie con el inducido.
Utilización: pequeñas herramientas (taladros portátiles, sierras…) y electrodomésticos
de tamaño medio (aspiradoras, batidoras …) Potencia inferior a 600 o 700w.
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