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Tema VII: La máquina asíncrona
Tema VII: La máquina asíncrona
Universidad de OviedoUniversidad de Oviedo
Dpto. de Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Computadores y
Sistemas
Dpto. de Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Computadores y
Sistemas
7.1. Aspectos constructivos: generalidades
7.1. Aspectos constructivos: 7.1. Aspectos constructivos: generalidadesgeneralidades
CIRCUITOS MAGNÉTICOSCIRCUITOS CIRCUITOS
MAGNÉTICOSMAGNÉTICOSConjunto de chapas de
Fe aleado con Si aisladas y apiladas
Conjunto de chapas de Conjunto de chapas de Fe aleado con Si Fe aleado con Si
aisladasaisladas y apiladasy apiladas
ROTORROTORROTORConjunto de espiras en
cortocircuito
Conjunto de Conjunto de espiras en espiras en
cortocircuitocortocircuito
De jaula de ardilla
De jaula de De jaula de ardillaardilla
BobinadoBobinadoBobinadoDe Al
fundidoDe Al De Al
fundidofundido
De barras soldadas
De barras De barras soldadassoldadas
ESTATORESTATORESTATORDevanado trifásico
distribuido en ranuras a 120º
Devanado Devanado trifásico trifásico
distribuido en distribuido en ranuras a 120ºranuras a 120º
Aleatorio: de hilo esmaltado
Aleatorio: de hilo Aleatorio: de hilo esmaltadoesmaltado
PreformadoPreformadoPreformado
Barras AnilloBarras Anillo
Rotor de aluminioRotor de aluminioFundidoFundido
Rotor de anillosRotor de anillosSoldadosSoldados
7.2. Aspectos constructivos: rotor II
7.2. Aspectos constructivos: 7.2. Aspectos constructivos: rotor IIrotor II
AnillosAnillos
FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn
7.2. Rotor III 7.2. Rotor III 7.2. Rotor III
Chapa magnéticaChapa magnética
Barra de cobreBarra de cobre
Plato final rotorPlato final rotorFijación Fijación
chapa magnéticachapa magnética
Anillo deAnillo decortocircuitocortocircuito
Despiece de un rotor de jaula con barras de cobre soldadas
Despiece de un rotor Despiece de un rotor de jaula con barras de jaula con barras de cobre soldadasde cobre soldadas
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.2.1 Rotor bobinado: anillos rozantes
7.2.1 Rotor bobinado: 7.2.1 Rotor bobinado: anillos anillos rozantes rozantes
EscobillasEscobillas
Anillos Anillos rozantesrozantes
Anillos rozantes
El rotor se cierra en El rotor se cierra en cortocircuito desde el cortocircuito desde el exterior a través de exterior a través de
unas escobillas y unas escobillas y anillos anillos rozantesrozantes
L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
DEVANADO DE HILODEVANADO DE HILOTensión<600VTensión<600V
7.3. Aspectos constructivos: 7.3. Aspectos constructivos: estatorestator
DEVANADO PREFORMADODEVANADO PREFORMADOTensión>2300vTensión>2300v
Evitar contacto entreconductores a distinta
tensión
Evitar contacto entreEvitar contacto entreconductores a distintaconductores a distinta
tensióntensión
Los materiales empleados en los aislamientos son generalmente
orgánicos
Los materiales empleados en los Los materiales empleados en los aislamientos son generalmente aislamientos son generalmente
orgánicosorgánicos
FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn
FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn
7.3.1. Diferencias entre 7.3.1. Diferencias entre devanados de hilo y devanados devanados de hilo y devanados
preformadospreformados
Forma constructivade los devanados
Forma constructivaForma constructivade los devanadosde los devanados
Devanados de HiloDevanados de HiloDevanados de Hilo
Devanados de pletinaDevanados de pletinaDevanados de pletina
Baja tensión < 2kVBaja tensión < 2kVBaja tensión < 2kV
Potencia < 600CVPotencia < 600CVPotencia < 600CV
Devanado “aleatorio”dentro de la ranura
Devanado “Devanado “aleatorio”aleatorio”dentro de la ranuradentro de la ranura
Pletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladas
Alta tensión y potenciaAlta tensión y potenciaAlta tensión y potencia
Colocación de bobinas“ordenada”
Colocación de bobinasColocación de bobinas“ordenada”“ordenada”
7.3.2. Elementos del aislamiento 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en motores con estatórico en motores con devanados preformados Idevanados preformados I
Habitualmente se colocanHabitualmente se colocandos bobinas por ranura.dos bobinas por ranura.
El aislamiento entre conEl aislamiento entre con--ductores ductores elementales eselementales esdistinto del aislamiento distinto del aislamiento frente a masafrente a masa
Cada espira puede estar Cada espira puede estar constituida por varios constituida por varios conductores elementalesconductores elementales
Bobinas delestator
Aislamiento
Núcleo delestator
Espira
Bobinasuperior
Bobinainferior
Cuña
Conductorelemental
MURO AISLANTE: elemento de mayor espesor que separa al conjunto de la bobina del exterior. Debe estar dimensionado para soportar la tensión correspondiente al nivel de aislamientode la máquina.
AISLAMIENTO ENTRE ESPIRAS Y ENTRE CONDUCTORES ELEMENTALES: las espiras pueden estar formadas conductores individuales para reducir las pérdidas. Es necesario que exista aislamiento entre ellas y entre conductores.
CINTAS Y RECUBRIMIENTOS DE PROTECCIÓN: se utilizan cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas en las zonas de ranura.
MURO AISLANTEMURO AISLANTE:: elemento de mayor espesor que separa al elemento de mayor espesor que separa al conjunto de la bobina del exterior. Debe estar dimensionado conjunto de la bobina del exterior. Debe estar dimensionado para soportar la tensión correspondiente al nivel de aislamientopara soportar la tensión correspondiente al nivel de aislamientode la máquina.de la máquina.
AISLAMIENTO ENTRE ESPIRAS Y ENTRE CONDUCTORES AISLAMIENTO ENTRE ESPIRAS Y ENTRE CONDUCTORES ELEMENTALESELEMENTALES:: las espiras pueden estar formadas conductores las espiras pueden estar formadas conductores individuales para reducir las pérdidas. Es necesario que exista individuales para reducir las pérdidas. Es necesario que exista aislamiento entre ellas y entre conductores.aislamiento entre ellas y entre conductores.
CINTAS Y RECUBRIMIENTOS DE PROTECCIÓNCINTAS Y RECUBRIMIENTOS DE PROTECCIÓN:: se utilizan se utilizan cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas en las zonas de ranura.en las zonas de ranura.
7.3.2. Elementos del aislamiento 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en motores con estatórico en motores con devanados preformados IIdevanados preformados II
Zona de ranuraZona de ranuraCabezade bobinaCabezade bobina
Aislamiento entre conductores
Sección de la bobina
7.3.2. Elementos del aislamiento 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en motores con estatórico en motores con
devanados preformados IIIdevanados preformados III
FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn
El número de espiras de una bobina varía entre 2 y 12.
El número de conductores elementales varía entre 2 y 6.
Las tensiones soportadas por los conductores elementales son muy bajas.
Los conductores elementales se aíslan por separado, posteriormente se agrupan en el número necesario para formar una espira. Se pliegan para conformar cada espira y finalmente se aplica a la espira el aislamiento correspondiente.
Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el conformado de las espiras).
El número de espiras de una bobina varía entre 2 y 12.El número de espiras de una bobina varía entre 2 y 12.
El número de conductores elementales varía entre 2 y 6.El número de conductores elementales varía entre 2 y 6.
Las tensiones soportadas por los conductores elementales Las tensiones soportadas por los conductores elementales son muy bajas.son muy bajas.
Los conductores elementales se aíslan por separado, Los conductores elementales se aíslan por separado, posteriormente se agrupan en el número necesario para posteriormente se agrupan en el número necesario para formar una espira. Se pliegan para conformar cada espira formar una espira. Se pliegan para conformar cada espira y finalmente se aplica a la espira el aislamiento y finalmente se aplica a la espira el aislamiento correspondiente.correspondiente.
Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el conformado de las espiras).conformado de las espiras).
7.3.2.1. Aislamiento entre espiras 7.3.2.1. Aislamiento entre espiras y conductoresy conductores
Soporta Tªhasta 220ºCSoporta TªSoporta Tªhasta 220ºChasta 220ºC
Poliimida (Kapton) oPoliimida (Kapton) oPoliamida en forma Poliamida en forma
de películade película
Poliimida (Kapton) oPoliimida (Kapton) oPoliamida en forma Poliamida en forma
de películade película++
Fibra de vidrio con Fibra de vidrio con poliéster (poliéster (DaglasDaglas))
Motores deMotores dehasta 4kVhasta 4kV
Motores demás de 4kV
7.3.2.2. Materiales aislantes para 7.3.2.2. Materiales aislantes para los conductores elementaleslos conductores elementalesHasta los añosHasta los años
40 barnices40 barnicesFibras de amiantoFibras de amianto
Desarrollo de materialesDesarrollo de materialessintéticossintéticos
Uso de barnices solos y combinadosUso de barnices solos y combinados
7.3.2.3. Materiales aislantes para 7.3.2.3. Materiales aislantes para el muro aislanteel muro aislante
Necesario utilizarNecesario utilizarmaterial soporte o material soporte o
aglomeranteaglomerante
La mica en polvo oescamas se aglutina conun material aglomerante
Material deMaterial debase =Micabase =Mica
Muy buenas propiedadesMuy buenas propiedadesdieléctricas y térmicasdieléctricas y térmicas
Silicato de alumnioSilicato de alumnio
Malas propiedades mecánicasMalas propiedades mecánicas
También se puede depositar sobre un material soporte
impregnando el conjunto con aglomerante
MuchoscompuestosMuchoscompuestos
CatCatáálogos logos comercialescomerciales
7.3.2.4. Aglomerantes y 7.3.2.4. Aglomerantes y materiales soporte Imateriales soporte I
AGLOMERANTESTERMOESTABLES
A partir de los años 50A partir de los años 50
PoliésterResinas epoxy
Nuevos soportes:Nuevos soportes:Fibra de vidrioFibra de vidrio
PoliésterPoliésterElevadas TemperaturasElevadas Elevadas TemperaturasTemperaturas
COMPORTAMIENTOCOMPORTAMIENTOTÉRMOPLÁSTICOTÉRMOPLÁSTICO
Tª Máxima 110ºCCLASE BTª Máxima 110ºCTª Máxima 110ºCCLASE BCLASE B
Material aglomerante = compuesto asfáltico
Material soporte = papelMaterial soporte = papelfibras de algodón, etcfibras de algodón, etc.
Hasta los años 60Hasta los años 60
7.3.2.4. Aglomerantes y 7.3.2.4. Aglomerantes y materiales soporte IImateriales soporte II
FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn
Recubrimiento de reparto
Recubrimiento conductor enla zona de ranura
7.3.2.5. Recubrimientos de 7.3.2.5. Recubrimientos de protecciónprotección
Recubrimientos deprotecciónRecubrimientos deprotección
Bobina con el recubri-miento externo dañadoBobina con el recubri-miento externo dañado
FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn
7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales Iactuales I
PROCESO RICO EN RESINA
La mica en forma de láminas se deposita sobre un material impregnado con una resina epoxy que polimeriza a alta temperatura (cinta preimpregnada).
Se recubre la bobina con este material.
Se introduce en un molde al que se le aplica presión y calor: la temperatura y la presión logran una impregnación homogénea en toda la bobina.
El proceso final de polimerización de la resina termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas temperaturas en un horno.
PROCESO RICO EN RESINAPROCESO RICO EN RESINA
La mica en forma de láminas se deposita sobre un La mica en forma de láminas se deposita sobre un material impregnado con una resina epoxy que polimeriza material impregnado con una resina epoxy que polimeriza a alta temperatura a alta temperatura (cinta (cinta preimpregnadapreimpregnada))..
Se recubre la bobina con este material.Se recubre la bobina con este material.
Se introduce en un molde al que se le aplica presión y Se introduce en un molde al que se le aplica presión y calor: la temperatura y la presión logran una impregnación calor: la temperatura y la presión logran una impregnación homogénea en toda la bobina.homogénea en toda la bobina.
El proceso final de polimerización de la resina El proceso final de polimerización de la resina termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas temperaturas en un horno.temperaturas en un horno.
7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales IIactuales II
PROCESO VPI EN BOBINAS (“Vacuumm Pressure Impregnation”)
Inicialmente sólo se aplica la cantidad de resina termoestable imprescindible para aglomerar la mica (cinta porosa).
El resto del aglomerante se introduce después de haber creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la bobina.
El vacío y posteriormente un gas a presión consiguen que la resina termoestable impregne por completo a la bobina.
Una vez impregnadas las bobinas se extraen y se les aplica presión para ajustar su forma y tamaño. El curado se realiza a alta temperatura sobre el motor completo.
PROCESO VPI EN BOBINASPROCESO VPI EN BOBINAS (“(“Vacuumm Pressure ImpregnationVacuumm Pressure Impregnation”)”)
Inicialmente sólo se aplica la cantidad de resina termoestable Inicialmente sólo se aplica la cantidad de resina termoestable imprescindible para aglomerar la mica imprescindible para aglomerar la mica (cinta porosa)(cinta porosa)..
El resto del aglomerante se introduce después de haber El resto del aglomerante se introduce después de haber creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la bobina.bobina.
El vacío y posteriormente un gas a presión consiguen que la El vacío y posteriormente un gas a presión consiguen que la resina termoestable impregne por completo a la bobina.resina termoestable impregne por completo a la bobina.
Una vez impregnadas las bobinas se extraen y se les aplica Una vez impregnadas las bobinas se extraen y se les aplica presión para ajustar su forma y tamaño. El curado se realiza presión para ajustar su forma y tamaño. El curado se realiza a alta temperatura sobre el motor completo.a alta temperatura sobre el motor completo.
PROCESO VPI GLOBAL
Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber realizado el proceso de curado de la resina epoxy.
Como material soporte se utilizan cintas porosas con bajo contenido en resina epoxy.
Una vez colocadas todas las bobinas en sus alojamientos y realizadas las conexiones se introduce el estator en un tanque.
A continuación, se hace el vacío con lo que el tanque se inunda de resina epoxy. El estator se pasa a otro tanque donde se aplica gas a alta presión y temperatura para producir la polimerización de la resina.
PROCESO VPI GLOBALPROCESO VPI GLOBAL
Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber realizado el proceso de curado de la resina epoxy.realizado el proceso de curado de la resina epoxy.
Como material soporte se utilizan cintas porosas con bajo Como material soporte se utilizan cintas porosas con bajo contenido en resina epoxy.contenido en resina epoxy.
Una vez colocadas todas las bobinas en sus alojamientos y Una vez colocadas todas las bobinas en sus alojamientos y realizadas las conexiones se introduce el estator en un realizadas las conexiones se introduce el estator en un tanque.tanque.
A continuación, se hace el vacío con lo que el tanque se A continuación, se hace el vacío con lo que el tanque se inunda de resina epoxy. El estator se pasa a otro tanque inunda de resina epoxy. El estator se pasa a otro tanque donde se aplica gas a alta presión y temperatura para donde se aplica gas a alta presión y temperatura para producir la polimerización de la resina.producir la polimerización de la resina.
7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales IIIactuales III
Procesos VPIProcesos VPI
Precalentar el conjunto yhacer vacío en el tanquePrecalentar el conjunto yPrecalentar el conjunto yhacer vacío en el tanquehacer vacío en el tanque
Esperar tiempo de impreg-nación y eliminar vacío
Esperar tiempo de Esperar tiempo de impregimpreg--nación y eliminar vacíonación y eliminar vacío
Transferir resina al tanquey hacer curado en horno
Transferir resina al tanqueTransferir resina al tanquey hacer curado en hornoy hacer curado en horno
Proceso VPI Proceso VPI de de VonRollVonRoll--IsolaIsola
Transferir resina impreg-nación debido al vacío
Transferir resina Transferir resina impregimpreg--nación debido al vacíonación debido al vacío
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
Motor de 25kW, 200V para el Motor de 25kW, 200V para el accionamiento de una bomba.accionamiento de una bomba.
Fabricado en Pittsburg por Fabricado en Pittsburg por WestinghouseWestinghouse en 1900 en en 1900 en
funcionamiento hasta 1978funcionamiento hasta 1978
Motor de inducción de 1000 Motor de inducción de 1000 kWkW, 4 , 4 kV kV y 3600 RPM para el y 3600 RPM para el
accionamiento de un accionamiento de un compresor. Fabricado por compresor. Fabricado por
Westinghouse Westinghouse en la actualidaden la actualidad
7.5. Aspecto físico de los 7.5. Aspecto físico de los momo--torestores asíncronosasíncronos CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.5. Aspecto físico II: motores de BT7.5. Aspecto físico II: motores de BT
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.6. Aspecto físico III: 7.6. Aspecto físico III: formas constructivas formas constructivas
normalizadasnormalizadas
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
V1 W1
W2 U2 V2
U1
U2
V1
V2
W1
W2
U1
U2
V1
V2
W1
W2
Pletina de cobre
Devanados del motor
U1 V1 W1
W2 U2 V2
Caja de conexiones
Conexión en estrella
Conexión en triángulo
U1
V1 W1
W2 U2 V2
U1
U2
V1
V2
W1
W2
U1
U2
V1
V2
W1
W2
Pletina de cobre
Devanados del motor
U1 V1 W1
W2 U2 V2
Caja de conexiones
Conexión en estrella
Conexión en triángulo
U1
7.7. Conexión de los devanados7.7. Conexión de los devanados
Cajas de terminalesCajas de terminalesCatCatáálogos comercialeslogos comerciales
Cabezas deCabezas debobinabobina
RefuerzosRefuerzoscarcasacarcasa
Fijación Fijación cojinetescojinetes
Refuerzos rotorRefuerzos rotor
Núcleo Núcleo magnético rotormagnético rotor
Núcleo Núcleo magnético magnético
estatorestator
7.8. Despiece de un motor de MT7.8. Despiece de un motor de MTCatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento Ifuncionamiento I
EL ESTATOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO POR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO POR 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL
ESPACIO 120º. En la figura se ESPACIO 120º. En la figura se representa sólo una espira de representa sólo una espira de
cada uno de los devanados (RR’, cada uno de los devanados (RR’, SS’, TT’)SS’, TT’)
S
R
R’
S’
T
T’
Estator
Origen deángulos
RotorS
R
R’
S’
T
T’
Estator
Origen deángulos
Rotor
LOS 3 DEVANADOS ESTÁN LOS 3 DEVANADOS ESTÁN ALIMENTADOS MEDIANTE UN ALIMENTADOS MEDIANTE UN
SISTEMA TRIFÁSICO DE SISTEMA TRIFÁSICO DE TENSIONES. POR TANTO, LAS TENSIONES. POR TANTO, LAS
CORRIENTES QUE CIRCULAN POR CORRIENTES QUE CIRCULAN POR LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y
ESTÁN DESFASADAS 120ºESTÁN DESFASADAS 120º
)t(CosII maxR ⋅⋅= 1ϖϖϖϖ )t(CosII maxR ⋅⋅= 1ϖϖϖϖ)ºt(CosII maxS 1201 −⋅⋅= ϖϖϖϖ )ºt(CosII maxS 1201 −⋅⋅= ϖϖϖϖ
)ºt(CosII maxT 1201 +⋅⋅= ϖϖϖϖ )ºt(CosII maxT 1201 +⋅⋅= ϖϖϖϖ
7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento IIfuncionamiento II
F
Rotor
Estator
αααα
Sucesivas posicionesdel campo
Campogiratorio
Avance del campo
Rotor
tP
f ⋅⋅ ππππ2
SNNS
El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es un un campo que gira en el espacio a campo que gira en el espacio a 60*f/P60*f/P RPMRPM. Donde . Donde PP es el es el númenúme--roro de pares de polos del estator (depende de la forma de conexión de pares de polos del estator (depende de la forma de conexión
de las bobinas que lo forman) y de las bobinas que lo forman) y ff la frecuencia de alimentación.la frecuencia de alimentación.
PfNS
⋅= 60 Velocidad deVelocidad desincronismosincronismo
7.10. Principio de 7.10. Principio de funciofuncio--namientonamiento III: simulaciónIII: simulación
T=0.340 s T=0.352 s T=0.370 s
7.10. Principio de 7.10. Principio de funciofuncio--namientonamiento III: simulaciónIII: simulación
MOTOR DE 2 PARES
DE POLOS
MOTOR DE 2 MOTOR DE 2 PARES PARES
DE POLOSDE POLOS
T=1 S T=1,015 S
Motor Motor asíncronoasíncrono
EstatorEstator
RotorRotor
Devanado trifásico a 120º alimentadoDevanado trifásico a 120º alimentadocon sistema trifásico de tensionescon sistema trifásico de tensiones
Espiras en cortocircuitoEspiras en cortocircuito
SistemaSistemaTrifásicoTrifásico
Devanado trifásicoDevanado trifásicoa 120ºa 120º
Campo giratorio 60f/PCampo giratorio 60f/P
FEM inducidaFEM inducidapor el campopor el campo
giratorio en las giratorio en las espiras del rotorespiras del rotor
Espiras en cortoEspiras en cortosometidas a tensiónsometidas a tensión
Circulación deCirculación decorriente por lascorriente por lasespiras del rotorespiras del rotor
Ley de Ley de Biot Biot y y SavartSavart
Fuerza sobre lasFuerza sobre lasespiras del rotorespiras del rotor
Par sobrePar sobreel rotorel rotor
Giro de laGiro de laMáquinaMáquina
7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento IVfuncionamiento IV
EL MOTOR ASÍNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDAD EL MOTOR ASÍNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDAD INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO
CONTRARIO CONTRARIO NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINAEL ROTOR DE LA MÁQUINA Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR
MOTORMOTOR
7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento Vfuncionamiento V
CUANDO TRABAJA EN VACÍO GIRA MUY PRÓXIMO A LA CUANDO TRABAJA EN VACÍO GIRA MUY PRÓXIMO A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES EL NECESARIO EL NECESARIO
PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS
7.11. Ventajas de los motores 7.11. Ventajas de los motores de inducciónde inducción
La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través deLa única alimentación eléctrica que reciben se hace a través dela línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. NO HAY NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTESESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTES..
El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante.aislante.
Tienen par de arranque.Tienen par de arranque.
No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de la carga.la carga.
VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS
Aumento delAumento delpar de cargapar de carga
Reducción de laReducción de lavelocidad de girovelocidad de giro
MayorMayorFEMFEM
Mayor corrienteMayor corrienterotorrotor
Mayor Mayor par motorpar motor
EstabilidadEstabilidad
7.11. Inconvenientes de los 7.11. Inconvenientes de los motores de inducciónmotores de inducción
La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho casos es necesario disponer procedimientos especiales de casos es necesario disponer procedimientos especiales de limitación de la corriente de arranque.limitación de la corriente de arranque.
La variación de su velocidad implica la variación de la La variación de su velocidad implica la variación de la frecuenfrecuen--ciacia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de frecuencia variable.frecuencia variable.
INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS
EQUIPOEQUIPORECTIFICADORRECTIFICADOR
TRIFÁSICOTRIFÁSICO
EQUIPOEQUIPOINVERSORINVERSORTRIFÁSICOTRIFÁSICO
SISTEMASISTEMADEDE
FILTRADOFILTRADO3 FASES3 FASES50 50 HzHz
3 FASES3 FASESf VARIABLEf VARIABLE
BUS DEBUS DECCCC
ONDA ESCALONADAONDA ESCALONADADE f VARIABLEDE f VARIABLE
7.12. Deslizamiento en las 7.12. Deslizamiento en las máquinas asíncronasmáquinas asíncronas
100⋅−=S
mS(%)Sωωωω
ωωωωωωωω 100⋅−=S
mS(%)Sωωωω
ωωωωωωωωSS
S
mSm N)S(N)
NNN(N ⋅−=⋅−−= 11 SS
S
mSm N)S(N)
NNN(N ⋅−=⋅−−= 11
Sm )S( ωωωωωωωω ⋅−= 1 Sm )S( ωωωωωωωω ⋅−= 1
Velocidad Velocidad mecánica mecánica del rotordel rotor
mSdes NNN −= mSdes NNN −=
PfNS
⋅= 60P
fNS⋅= 60
Velocidad de Velocidad de deslizamientodeslizamiento
100100 ⋅−=⋅=S
mS
S
des
NNN
NN(%)S 100100 ⋅−=⋅=
S
mS
S
des
NNN
NN(%)S
DeslizamientoDeslizamiento
S=0 Velocidad de sincronismoS=0 Velocidad de sincronismoS=1 Rotor paradoS=1 Rotor parado
LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES
MUY BAJOS DE S: S<5%
LOS MOTORES DE INDUCCIÓN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES
MUY BAJOS DE S: S<5%MUY BAJOS DE S: S<5%
7.13. Frecuencia en el rotor de 7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas Ilas máquinas asíncronas IFrecuencia Frecuencia
FEM inducidaFEM inducidaen el rotoren el rotor
En el límite:En el límite:SS→→→→→→→→1; 1; NNmm→→→→→→→→ 00
En el límite:En el límite:SS→→→→→→→→0; 0; NNmm→→→→→→→→ NNss
ffrotorrotor →→→→→→→→ ffestatorestator ffrotorrotor→→→→→→→→00
Aumento frecuencia Aumento frecuencia inducida rotorinducida rotor
Disminución frecuencia Disminución frecuencia inducida rotorinducida rotor
> velocidad relativa > velocidad relativa campo respecto rotorcampo respecto rotor
< velocidad relativa < velocidad relativa campo respecto rotorcampo respecto rotor
AumentoAumentovelocidad girovelocidad giro
Reducción Reducción velocidad girovelocidad giro
La misma que la velocidad La misma que la velocidad relativa del campo respecto relativa del campo respecto
al rotor (S)al rotor (S)
7.13. Frecuencia en el rotor de 7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas IIlas máquinas asíncronas II
GIRO EN GIRO EN VACÍO: VACÍO: NNmm≅≅≅≅≅≅≅≅ NNSS
ffrotorrotor→→→→→→→→00
ROTOR ROTOR BLOQUEADO: BLOQUEADO:
NNmm=0=0ffrotorrotor→→→→→→→→ ffestatorestator estatorrotor fSf ⋅= estatorrotor fSf ⋅=
Para cualquier Para cualquier velocidad entre 0 y Nvelocidad entre 0 y NSS
PfN estator
S⋅= 60
PfN estator
S⋅= 60
estatorS
Srotor f
NNmNf ⋅−= estator
S
Srotor f
NNmNf ⋅−=
60NmNPf S
rotor−⋅=60
NmNPf Srotor
−⋅=
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona Ila máquina asíncrona I
[ ] 111 EIjXRU Ss +⋅+= [ ] 111 EIjXRU Ss +⋅+=
Xs Rs
U1 E1
I1
Xs Rs
U1 E1
I1CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTE
DEL ESTATOR PARA DEL ESTATOR PARA CUALQUIER VELOCIDADCUALQUIER VELOCIDAD
DE GIRODE GIRO
ALIMENTADO A f1frecuencia de redALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de red
ReactanciaReactanciadispersióndispersiónestatorestator
ResistenciaResistenciaestatorestator
ReactanciaReactanciamagnetizantemagnetizante
estatorestator
EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE
CIRCUITO EQUIVALENTE CIRCUITO EQUIVALENTE ROTOR CON LA ROTOR CON LA
MÁQUINA BLOQUEADAMÁQUINA BLOQUEADA
ALIMENTADO A f1frecuencia de redALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de red
XR RR
E2
IRbloq
XR RR
E2
IRbloqReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor
ResistenciaResistenciarotorrotor
ReactanciaReactanciamagnetizante magnetizante rotorrotor
EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE
CON ROTOR BLO-QUEADO:
frotor=festator
CON ROTOR BLOCON ROTOR BLO--QUEADO: QUEADO:
ffrotorrotor==ffestatorestator
[ ] bloqRRR IjXRE ⋅+=2 [ ] bloqRRR IjXRE ⋅+=2
LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES
PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL CAMPO RESPECTO
AL ROTOR (S)
LA FEM INDUCIDA LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES EN EL ROTOR ES
PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL LA VELOCIDAD DEL CAMPO RESPECTO CAMPO RESPECTO
AL ROTOR (S)AL ROTOR (S)
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IIla máquina asíncrona II
Con el rotor bloqueado se
induce E2
Con el rotor Con el rotor bloqueado se bloqueado se
induce induce EE22
En vacío se induce 0
En vacío se En vacío se induce induce 00
A una velocidad en-tre 0 y NS, es
decir a un des-lizamiento S
A una A una velocidad envelocidad en--tretre 0 y N0 y NS, S, es es
decir a un desdecir a un des--lizamientolizamiento SS
SE INDUCE:S*E2
SE SE INDUCE:INDUCE:S*ES*E22
La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corres-pondiente a un deslizamiento S)
La FEM inducida en el rotor para una La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corresvelocidad cualquiera N (corres--pondientepondiente a un deslizamiento Sa un deslizamiento S) )
S*ES*E22
S*XR RR
S*E2
IR
S*XR RR
S*E2
IR ReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor
ResistenciaResistenciarotorrotor
ALIMENTADO A: f2=S*f1
ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11
Circuito equivalente para el Circuito equivalente para el rotor con deslizamiento Srotor con deslizamiento S
LA RESISTENCIA ROTÓRICARR NO VARÍA CON LA
FRECUENCIAY, POR TANTO, TAMPOCO CON S
LA RESISTENCIA ROTÓRICALA RESISTENCIA ROTÓRICARRRR NO VARÍANO VARÍA CON LA CON LA
FRECUENCIAFRECUENCIAY, POR TANTO, Y, POR TANTO, TAMPOCOTAMPOCO CON CON SS
LA REACTANCIA XR VARÍA CON S:
CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES S,
XR PASA SER S*XR
LA REACTANCIA LA REACTANCIA XXRR VARÍA CON S:VARÍA CON S:
CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES SS, ,
XXRR PASA SER PASA SER S*XS*XRR
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IIIla máquina asíncrona III
[ ] sRRR ISjXRES ⋅⋅+=⋅ 2 [ ] sRRR ISjXRES ⋅⋅+=⋅ 2
RRRR
RsjX
SR
EjXR
ESI+
=+⋅= 22
RRRR
RsjX
SR
EjXR
ESI+
=+⋅= 22
Se puede obtener la misma corriente en el mismo circuito alimentado a f1 con sólo
cambiar RR por RR/S
Se puede obtener la misma corriente en Se puede obtener la misma corriente en el mismo circuito alimentado a el mismo circuito alimentado a ff11 con sólo con sólo
cambiar Rcambiar RRR por Rpor RRR/S/S
ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA
ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA
SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIA RR/S
ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA
ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA
SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIARESISTENCIA RRRR/S/S
CIRCUITO EQ. ROTOR A CIRCUITO EQ. ROTOR A DESLIZAMIENTO SDESLIZAMIENTO S
S*XR RR
S*E2
IR
S*XR RR
S*E2
IR ReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor
ResistenciaResistenciarotorrotor
ALIMENTADO A: f2=S*f1
ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11
ALIMENTADO A: f1
ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff11
XR
E2
IRS
RR
XR
E2
IRS
RR
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IVla máquina asíncrona IVPARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN
LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORPARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN
LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORLOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATOR
SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES “EQUIVALENTE” A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación
Transf.=rt)
SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES “EQUIVALENTE”“EQUIVALENTE” A A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación
Transf.=Transf.=rrtt))
SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)
Xs Rs
U1 E1
I1
XR’
E2’
IR’
S'RR
122 ErE'E t =⋅=
Xs Rs
U1 E1
I1
XR’
E2’
IR’
S'RR
122 ErE'E t =⋅=
Xs Rs
U1 E1
I1
XR’
E2’
IR’
S'RR
122 ErE'E t =⋅=
Xs Rs
U1 E1
I1
XR’
E2’
IR’
S'RR
122 ErE'E t =⋅=
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona Vla máquina asíncrona V
COMO E1=E2’ SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITOCOMO COMO EE11=E=E22’’ SE PUEDEN SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITOUNIR EN CORTOCIRCUITO
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIla máquina asíncrona VI
I0 ϕϕϕϕ0
Iµµµµ Ife
I0 ϕϕϕϕ0
Iµµµµ Ife
Componente magnetizanteComponente Componente magnetizantemagnetizante
Componente de pérdidasComponente Componente de pérdidasde pérdidas
XµµµµXµµµµ
IµµµµIµµµµ
RfeRfe
IfeIfe
I0I0
Xs Rs
U1
I1
XR’IR’
S'RR
122 ErE'E t =⋅=
Xs Rs
U1
I1
XR’IR’
S'RR
122 ErE'E t =⋅=
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIIla máquina asíncrona VII
−⋅+=
SS'R'R
S'R
RRR 1
−⋅+=
SS'R'R
S'R
RRR 1
LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE
DIVIDIR EN DOS COMPONENTES
LA RESISTENCIA LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE VARIABLE SE PUEDE
DIVIDIR EN DOS DIVIDIR EN DOS COMPONENTESCOMPONENTES
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
S'RR
Xµµµµ Rfe
IfeIµµµµ
I0Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
S'RR
Xµµµµ Rfe
IfeIµµµµ
I0
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIIIla máquina asíncrona VIII
TensiónTensiónde fasede fase
(Estator(Estator))
Resistencia Resistencia cobre rotorcobre rotor
Reactancia Reactancia dispersióndispersiónrotorrotor
Resistencia Resistencia potenciapotenciamecánicamecánicaentregadaentregada
Resistencia Resistencia cobre estator cobre estator Reactancia Reactancia
dispersióndispersiónestatorestator
ReactanciaReactanciamagnetizantemagnetizante
ResistenciaResistenciapérdidas hierropérdidas hierro
CorrienteCorrientede vacíode vacío
El circuito equivalente se planteaEl circuito equivalente se planteapor fase y con conexión en estrellapor fase y con conexión en estrella
Todos los elementos del circuito con ‘Todos los elementos del circuito con ‘están referidos al estatorestán referidos al estator
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
Xµµµµ Rfe
IfeIµµµµ
I0RR’
−⋅
SS'RR
1
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
Xµµµµ Rfe
IfeIµµµµ
I0RR’
−⋅
SS'RR
1
7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IXla máquina asíncrona IX
Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la entrada es alta (0,8 aprox)
Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la a la entrada es alta (0,8 entrada es alta (0,8 aproxaprox))
En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 - 0,2 aprox
En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo circuito es principalmente inductivo fdp fdp 0,1 0,1 -- 0,2 0,2 aproxaprox
Potencia entregadaPotencia entregadaPotencia entregada
En un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciable
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
Xµµµµ Rfe
IfeIµµµµ
I0RR’
−⋅
SS'RR
1
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
Xµµµµ Rfe
IfeIµµµµ
I0RR’
−⋅
SS'RR
1(T. DE FASE)(T. DE FASE)
CosϕϕϕϕCosCosϕϕϕϕϕϕϕϕ
7.15. Cálculo de las pérdidas 7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncrona Ien la máquina asíncrona I
23 'IS
'RP RR
g ⋅⋅= 23 'IS
'RP RR
g ⋅⋅=
213 'IS
S'RPPP RRrotcugmi ⋅
−⋅⋅=−= 213 'I
SS'RPPP RRrotcugmi ⋅
−⋅⋅=−=
ϕϕϕϕϕϕϕϕ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅======== CosCosII3V3VPP 111111 POTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICAPOTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICA
213 IRP SestCu ⋅⋅= 213 IRP SestCu ⋅⋅= PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)
fefe R
EP2
13 ⋅=fe
fe REP
213 ⋅=
PÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CONPÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CON--CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY BAJABAJA
feestCug PPPP −−= 1 feestCug PPPP −−= 1 POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE LA MÁQUINALA MÁQUINA
23 'I'RP RRRotCu ⋅⋅= 23 'I'RP RRRotCu ⋅⋅= PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)
La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa en la resistencia total de la
rama del rotor (RR’/S)
La potencia que atraviesa el La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa entrehierro es la que disipa en la resistencia total de la en la resistencia total de la
rama del rotor rama del rotor (R(RRR’/S)’/S)
POTENCIA MECÁNICA INTERPOTENCIA MECÁNICA INTER--NA: ATRAVIESA EL ENTREHIENA: ATRAVIESA EL ENTREHIE--RRO Y PRODUCE TRABAJORRO Y PRODUCE TRABAJO
Se disipa en la Se disipa en la resisresis--tenciatencia variablevariable
7.15. Cálculo de las pérdidas 7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncrona IIen la máquina asíncrona II
[ ] gggrotcugmi PSPSPPPP ⋅−=⋅−=−= 1[ ] gggrotcugmi PSPSPPPP ⋅−=⋅−=−= 1OTRA FORMA DE CALCULAROTRA FORMA DE CALCULAR--LA A PARTIR DEL DESLIZALA A PARTIR DEL DESLIZA--MIENTOMIENTO
esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU −−−−==== esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU −−−−====
PAR INTERNO: EL PAR TOTAL PAR INTERNO: EL PAR TOTAL DESARROLLADO INTERNADESARROLLADO INTERNA--MENTE POR LA MÁQUINAMENTE POR LA MÁQUINA
Velocidad angular Velocidad angular de giro del rotorde giro del rotor
[[[[ ]]]]S
ggmii
PPSPTΩΩΩΩ
====ΩΩΩΩ
⋅⋅⋅⋅−−−−====
ΩΩΩΩ====
1[[[[ ]]]]S
ggmii
PPSPTΩΩΩΩ
====ΩΩΩΩ
⋅⋅⋅⋅−−−−====
ΩΩΩΩ====
1
Velocidad angular Velocidad angular de sincronismode sincronismo
PAR ÚTILPAR ÚTIL: EL PAR QUE ES : EL PAR QUE ES CAPAZ DE DESARROLLAR EL CAPAZ DE DESARROLLAR EL MOTOR EN EL EJEMOTOR EN EL EJEΩΩΩΩ
==== UU
PTΩΩΩΩ
==== UU
PT
jXs Rs jXR’ IR’
S'RR
jXµµµµ
A
B
U1
I1
+
jXs Rs jXR’ IR’
S'RR
jXµµµµ
A
B
U1
I1
+
7.16. Cálculo del par de una 7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona Imáquina asíncrona I
CALCULANDO EL EQUIVALENTE
THEVENIN ENTRE A y B
CALCULANDO EL CALCULANDO EL EQUIVALENTE EQUIVALENTE
THEVENIN THEVENIN ENTREENTRE A y BA y B
Se puede despreciar Rfe
Se puede Se puede despreciar despreciar RRfefe
jXth Rth jXR’ IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+
jXth Rth jXR’ IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+ [[[[ ]]]]µµµµ
µµµµ
++++++++⋅⋅⋅⋅
====XXjR
jXUV
SSth
1
[[[[ ]]]]µµµµ
µµµµ
++++++++⋅⋅⋅⋅
====XXjR
jXUV
SSth
1
[[[[ ]]]][[[[ ]]]]µµµµ
µµµµ
++++++++⋅⋅⋅⋅++++
====XXjRjXjXR
ZSS
SSth
[[[[ ]]]][[[[ ]]]]µµµµ
µµµµ
++++++++⋅⋅⋅⋅++++
====XXjRjXjXR
ZSS
SSth
7.16. Cálculo del par de una 7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona IImáquina asíncrona II
[[[[ ]]]]22
'XXS
'RR
V'I
RthR
th
thR
++++++++
++++
====
[[[[ ]]]]22
'XXS
'RR
V'I
RthR
th
thR
++++++++
++++
====
jXth Rth jXR’ IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+
jXth Rth jXR’ IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+ [[[[ ]]]]'XXj
S'RR
V'IRth
Rth
thR
++++++++++++====
[[[[ ]]]]'XXjS
'RR
V'IRth
Rth
thR
++++++++++++====
[[[[ ]]]]22
2
23
3'XX
S'RR
S'RV
'IS
'RP
RthR
th
Rth
RR
g
++++++++
++++
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====
[[[[ ]]]]22
2
23
3'XX
S'RR
S'RV
'IS
'RP
RthR
th
Rth
RR
g
++++++++
++++
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====
)S(fTi ==== )S(fTi ====[[[[ ]]]]2
2
23
'XXS
'RR
S'RVP
T
RthR
th
Rth
SS
gi
++++++++
++++
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ====
ΩΩΩΩ====
[[[[ ]]]]22
23
'XXS
'RR
S'RVP
T
RthR
th
Rth
SS
gi
++++++++
++++
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ====
ΩΩΩΩ====
7. 17. Curvas de respuesta 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad Ivelocidad I
1 Deslizamiento S
Par
Par deArranque
Par máximo
Par Nominal
0
Velocidad desincronismo
Motor GeneradorFreno
1 Deslizamiento S
Par
Par deArranque
Par máximo
Par Nominal
0
Velocidad desincronismo
Motor GeneradorFrenoS>1S>1S>1 0<S<10<S<10<S<1 S<0S<0S<0
Zona de funcionamiento estable como motor
Zona de funcionamiento estable Zona de funcionamiento estable como motorcomo motor
)S(fTi ==== )S(fTi ====221 −−−−−−−−==== ,
TT
nom
arr 221 −−−−−−−−==== ,TT
nom
arr
7281 ,,TT
nom
max −−−−−−−−==== 7281 ,,TT
nom
max −−−−−−−−====
7. 17. Curvas de respuesta 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad IIvelocidad II
La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena carga
La característica mecánica de los motores de inducción es La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena cargaprácticamente lineal entre vacío y plena carga
El par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominalEl par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominalEl par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominal
El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marcha
El par de arranque tiene que ser superior al nominal para El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marchapermitir que el motor se ponga en marcha
Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensión
Para un determinado deslizamiento el par varía con el Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensióncuadrado de la tensión
7.17. Curvas de respuesta 7.17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad IIIvelocidad III
Banda de dispersiónBanda de Banda de dispersióndispersión
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.17. Curvas de respuesta 7.17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad IVvelocidad IV
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.18. Par máximo de un motor 7.18. Par máximo de un motor de inducción Ide inducción I
jXth Rth jXR’
IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+
jXth Rth jXR’
IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+
El par será máximo cuando Pg sea máxima, es decir cuando se transfiera a
RR’/S la máxima potencia
El par será El par será máximo cuando máximo cuando PPgg sea máxima, sea máxima, es decir cuando es decir cuando se transfiera a se transfiera a
RRRR’/S’/S la máxima la máxima potenciapotencia
[[[[ ]]]]22 'XXRS
'RRthth
R ++++++++==== [[[[ ]]]]22 'XXRS
'RRthth
R ++++++++====TEOREMA
TRANSFERENCIA MÁX. POT
TEOREMA TEOREMA TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA
MÁX. POTMÁX. POT
[[[[ ]]]]22 'XXR
'RSRthth
RTMAX
++++++++====
[[[[ ]]]]22 'XXR
'RSRthth
RTMAX
++++++++====
[[[[ ]]]]
++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅====22
2
2
3
'XXRR
VTRthththS
thmax [[[[ ]]]]
++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅====22
2
2
3
'XXRR
VTRthththS
thmax
7.18. Par máximo de un motor 7.18. Par máximo de un motor de inducción IIde inducción II
Resistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente
SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3
ParPar
SS
[[[[ ]]]]22 'XXR
'RSRthth
RTMAX
++++++++====
[[[[ ]]]]22 'XXR
'RSRthth
RTMAX
++++++++====
EL deslizamiento al que se produce el par
máximo SÍ DEPENDE DE RR’
EL deslizamiento al EL deslizamiento al que se produce el par que se produce el par
máximo máximo SÍ SÍ DEPENDE DE RDEPENDE DE RRR’’
Esta propiedad se usa para el arran-que mediante inserción de resisten-cias en máquinas de rotor bobinado
Esta propiedad se usa para el Esta propiedad se usa para el arranarran--que mediante inserción de resistenque mediante inserción de resisten--ciascias en máquinas de rotor bobinadoen máquinas de rotor bobinado
El par máximo NO depende de la
resistencia rotórica RR’
El par máximo NO El par máximo NO depende de la depende de la
resistencia resistencia rotórica rotórica RRRR’’
[[[[ ]]]]
++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅====22
2
2
3
'XXRR
VTRthththS
thmax [[[[ ]]]]
++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅====22
2
2
3
'XXRR
VTRthththS
thmax
7.19. Ensayo de rotor libre7.19. Ensayo de rotor libre
∞∞∞∞→→→→
→→→→
SS-1'R :0S Si R ∞∞∞∞→→→→
→→→→
SS-1'R :0S Si R
Xs Rs
U1
I0
XR’
Xµµµµ Rfe
Ife Iµµµµ
RR’ Xs Rs
U1
I0
XR’
Xµµµµ Rfe
Ife Iµµµµ
RR’
En vacío SEn vacío S≈≈≈≈≈≈≈≈0:0:
Al no circular corriente por RR’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estator
Al no circular corriente por RAl no circular corriente por RRR’ puede considerarse que en ’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estatoreste ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estator
00
3I
V
Z
Línea
====0
03
I
V
Z
Línea
====
20
00 3 I
PR⋅⋅⋅⋅
====
µµµµ++++≅≅≅≅−−−−==== XXRZX s2
02
00 µµµµ++++≅≅≅≅−−−−==== XXRZX s2
02
00
I0(t)I0(t)
Motor girando sin cargaMotor girando sin cargaMotor girando sin carga
Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:
W1W1
W2W2
AU1(t)U1(t)
++
++
++
V y f nominalesV y f nominalesV y f nominales
ZZ00
Impedancia por fase del
motor
Impedancia Impedancia por fase del por fase del
motormotor000 jXRZ ++++==== 000 jXRZ ++++====
femecestcu PPPWWP ++++++++====++++==== 210 femecestcu PPPWWP ++++++++====++++==== 210
7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado Ibloqueado I
I1n(t)I1n(t)
Rotor bloqueadoRotor bloqueadoRotor bloqueado
Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:
W1W1
W2W2
AUcc(t)Ucc(t)
++
++
++
V reducida e I nominalV reducida e I nominalV reducida e I nominal
V
El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de ali-mentación hasta que la corrien-
te circulante sea la nominal
El ensayo se realiza subiendo El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de gradualmente la tensión de aliali--mentaciónmentación hasta que la hasta que la corriencorrien--
te circulante sea la nominalte circulante sea la nominal
3ccU3ccU
Xs Rs
I1n
XR’ RR’ Xs Rs
I1n
XR’ RR’
Se puede despreciar la rama paralelo
Se puede despreciar Se puede despreciar la rama paralelola rama paralelo
Tensión de ensayomuy reducida
Tensión de ensayoTensión de ensayomuy reducidamuy reducida
Corriente por Xµµµµdespreciable
Corriente por XCorriente por Xµµµµµµµµdespreciabledespreciable
Muy pocas pérdidas FeMuy pocas Muy pocas pérdidas Fepérdidas Fe
Rfe despreciable
RRfe fe despreciabledespreciable
ZZcccc
cccccc jXRZ ++++==== cccccc jXRZ ++++====
'RRR Rscc ++++==== 'RRR Rscc ++++====
'XXX Rscc ++++==== 'XXX Rscc ++++====Se elimina
rama paraleloSe eliminaSe elimina
rama paralelorama paralelo
7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado IIbloqueado II Xs Rs
I1n
XR’ RR’ Xs Rs
I1n
XR’ RR’
3ccU3ccU
Se puede despreciar la rama paralelo
Se puede despreciar Se puede despreciar la rama paralelola rama paralelo
ZZcccc
rotcuestcucc PPWWP ++++====++++==== 21 rotcuestcucc PPWWP ++++====++++==== 21
n
cc
cc I
U
Z1
3====n
cc
cc I
U
Z1
3====2
13 n
cccc
IPR⋅⋅⋅⋅
==== 213 n
cccc
IPR⋅⋅⋅⋅
====
CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTECÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS
CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTE
[[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 60 [[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 60[[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 70 [[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 70
'XX RS ==== 'XX RS ====[[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 40 [[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 40[[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 30 [[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 30
'XX RS ==== 'XX RS ====
XS y XR’XXSS yy XXRR’’ Regla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motor
MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:
MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:
MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:
MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:
RS Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estator
RRSS Se obtiene por medición directa Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estatorsobre los devanados del estator
CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO
EQUIVALENTE
CÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO CIRCUITO
EQUIVALENTEEQUIVALENTE
7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado IIIbloqueado III
SXXX −−−−====µµµµ 0 SXXX −−−−====µµµµ 0XµµµµXXµµµµµµµµ
Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias
de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacío
Después de aplicar la Regla empírica Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias anterior para obtener las reactancias
de rotor y estator se aplica el de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacíoresultado del ensayo de vacío
RRRR’’Se obtiene restando a RCC (Ensayo de
rotor bloqueado) el valor de RS(medición directa)
Se obtiene restando a RSe obtiene restando a RCCCC (Ensayo de (Ensayo de rotor bloqueado) el valor de Rrotor bloqueado) el valor de RSS
(medición directa)(medición directa)SccR RR'R −−−−==== SccR RR'R −−−−====
Corriente absorbida en función de la velocidad
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Cor
rient
e A
Corriente absorbida en función de la velocidad
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Cor
rient
e A
7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos Ide los motores asíncronos I
Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
Velocidad de sincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo
Corrientede vacío
CorrienteCorrientede vacíode vacío
Corrientenominal
CorrienteCorrientenominalnominal
Potencia eléctrica absorbida en función de la velocidad
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Pot
enci
a W
Potencia eléctrica absorbida en función de la velocidad
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Pot
enci
a W
Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IIde los motores asíncronos II
Velocidad de sincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo
Potencia eléctrica consumida plena carga
Potencia eléctrica Potencia eléctrica consumida plena cargaconsumida plena carga
Rendimiento en función de la velocidad
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Ren
dim
ient
o %
Rendimiento en función de la velocidad
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Ren
dim
ient
o %
Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IIIde los motores asíncronos III
Velocidad de sincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo
Rendimiento en vacío
Rendimiento Rendimiento en vacíoen vacío
Rendimiento a plena cargaRendimiento Rendimiento a plena cargaa plena carga
Factor de potencia en función de la velocidad
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Fac
tor d
e p
oten
cia
Factor de potencia en función de la velocidad
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Fac
tor d
e p
oten
cia
Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IVde los motores asíncronos IV
Velocidad de sincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo
fdp en vacío
fdpfdp en en vacíovacío
fdp a plena carga
fdpfdp a plena a plena cargacarga
Característica mecánica en zona estable
0
10
20
30
40
50
60
70
80
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Par (
Nm
)
Característica mecánica en zona estable
0
10
20
30
40
50
60
70
80
945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000
RPM
Par (
Nm
)
Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos Vde los motores asíncronos V
Velocidad de sincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos VIasíncronos VI
VELOCIDADES DE GIRO TÍPICASVELOCIDADES DE GIRO TÍPICASFuente: ABB Fuente: ABB –– ““Guide for selecting Guide for selecting a motor”a motor”
NÚMERODE POLOS
VELOCIDADSINCRONISMO (RPM)
VELOCIDAD TÍPICAPLENA CARGA
2 3000 29004 1500 14406 1000 9608 750 720
10 600 58012 500 48016 375 360
Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmico
Evolución de la temperatura de los devanados desde el Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmicoarranque hasta el régimen permanente térmico
7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos VIIde los motores asíncronos VII
Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
Tª 114 ºC:
Motor Clase F: Tª max= 155 ºC
Tª 114 ºC:Tª 114 ºC:
Motor Clase F: Motor Clase F: Tª Tª maxmax= 155 ºC= 155 ºC
7.22. Control de las características 7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mecánicas de los motores de inducción
mediante el diseño del rotor Imediante el diseño del rotor I
Resistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente
SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3
ParPar
SS
EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJO
EL RENDIMIENTO DEL MOTOR EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJOES BAJO
Si la resistencia rotórica es elevada el par de arranque del motor
también lo es
Si la resistencia Si la resistencia rotórica rotórica es elevada es elevada el par de arranque del motor el par de arranque del motor
también lo estambién lo es
Si la resistencia rotórica es elevada el par máximo del motor aparece
con deslizamiento elevado
Si la resistencia Si la resistencia rotórica rotórica es elevada es elevada el par máximo del motor aparece el par máximo del motor aparece
con deslizamiento elevadocon deslizamiento elevado
[[[[ ]]]] gmi PSP ⋅⋅⋅⋅−−−−==== 1[[[[ ]]]] gmi PSP ⋅⋅⋅⋅−−−−==== 1
Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es bajaSi el deslizamiento es elevado la Si el deslizamiento es elevado la
potencia mecánica interna es bajapotencia mecánica interna es baja
7.22. Control de las características 7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mecánicas de los motores de inducción
mediante el diseño del rotor IImediante el diseño del rotor II
Motor con RR’ elevadaMotor con Motor con
RRRR’ elevada’ elevada
Motor con RR’ baja
Motor con Motor con RRRR’ baja’ baja
Buen par de arranqueBuen par de arranqueBuen par de arranque
Bajo rendimientoBajo rendimientoBajo rendimientoBajo par de arranqueBajo par de arranqueBajo par de arranque
Buen rendimientoBuen rendimientoBuen rendimiento SOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓN
MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN
DE LA RESISTENCIA ROTÓRICA
MOTOR DE ROTOR MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN BOBINADO: VARIACIÓN
DE LA RESISTENCIA DE LA RESISTENCIA ROTÓRICAROTÓRICA
DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES
SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIRO
DISEÑO DE UN ROTOR DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES ELÉCTRICAS VARIABLES
SEGÚN LA VELOCIDAD DE SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIROGIRO
Barras de pequeña Barras de pequeña secciónsección
Alta resistencia, baja reactancia de dispersión
Alta resistencia, Alta resistencia, baja reactancia baja reactancia de dispersiónde dispersión
Barras de ranura Barras de ranura profundaprofunda
Resistencia baja elevada
reactancia de dispersión
Resistencia baja Resistencia baja elevada elevada
reactancia de reactancia de dispersióndispersión
Doble jaulaDoble jaula
Combina las propiedades de
las dos anteriores
Combina las Combina las propiedades de propiedades de
las dos las dos anterioresanteriores
Pueden usarse Pueden usarse dos tipos de dos tipos de material con material con
diferente diferente resistividadresistividad
7.22. Control de las características 7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mecánicas de los motores de inducción
mediante el diseño del rotor IImediante el diseño del rotor II
La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la
velocidad de giro de la máquina
La sección y geometría de las barras La sección y geometría de las barras rotóricas rotóricas determina sus determina sus propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la
velocidad de giro de la máquinavelocidad de giro de la máquina
A menor sección
mayor RR’
A menor A menor sección sección
mayor Rmayor RRR’’
7.22. Control de las características 7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mecánicas de los motores de inducción
mediante el diseño del rotor IIImediante el diseño del rotor IIIRanura
estatóricaRanura Ranura
estatóricaestatórica
Circuito equivalente de una Circuito equivalente de una barra barra rotóricarotórica
ResistenciaResistencia Reactancia Reactancia dispersióndispersión
La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad =
que el flujo de dispersión
La reactancia de dispersión La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = aumenta con la profundidad =
que el flujo de dispersiónque el flujo de dispersión
Flujo de dispersión: se concentra hacia el interior
Flujo de dispersión: Flujo de dispersión: se concentra hacia se concentra hacia el interiorel interior
frotorELEVADA
ffrotorrotorELEVADAELEVADAARRANQUEARRANQUEARRANQUE S VALORES
ELEVADOSSS VALORES VALORES ELEVADOSELEVADOS
Reducción sección útil: aumento RR’
Reducción Reducción sección útil: sección útil: aumento Raumento RRR’’
Aumento del par de
arranque
Aumento del Aumento del par de par de
arranquearranque
Efecto de la reactancia de dispersión
(2ππππfrotor*Ldispersión)
MUY ACUSADO
Efecto de la reactancia Efecto de la reactancia de dispersión de dispersión
((22ππππππππffrotorrotor**LLdispersidispersióónn))
MUY ACUSADOMUY ACUSADO
La corriente circula sólo por la parte más externa de la barra
La corriente circula La corriente circula sólo por la parte más sólo por la parte más externa de la barraexterna de la barra
CONDICIONES NOMINALES
CONDICIONES CONDICIONES NOMINALESNOMINALES
S VALORES BAJ0S
SS VALORES VALORES BAJ0SBAJ0S
frotorBAJAffrotorrotorBAJABAJA
Mejora del rendimientoMejora del Mejora del
rendimientorendimiento
Aumento sección util:
Reducción RR’ y Par
Aumento Aumento sección sección utilutil: :
Reducción RReducción RRR’ ’ y Pary Par
La corriente circula por toda la sección
de la barra
La corriente circula La corriente circula por toda la sección por toda la sección
de la barrade la barra
Efecto de la reactancia de dispersión
(2ππππfrotor*Ldispersión)
MUY POCO ACUSADO
Efecto de la reactancia Efecto de la reactancia de dispersión de dispersión
((22ππππππππffrotorrotor**LLdispersidispersióónn))
MUY POCO ACUSADOMUY POCO ACUSADO
DURANTE EL ARRANQUE DURANTE EL ARRANQUE CIRCULA UN 41,93% DE CIRCULA UN 41,93% DE LA CORRIENTE POR LA LA CORRIENTE POR LA
ZONA ROJA DE LA BARRAZONA ROJA DE LA BARRA
DURANTE EL FUNCIONADURANTE EL FUNCIONA--MIENTO EN CONDICIOMIENTO EN CONDICIO--
NES NOMINALES CIRCUNES NOMINALES CIRCU--LA UN 24,35% DE LA LA UN 24,35% DE LA
CORRIENTE POR LA ZONA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA BARRAROJA DE LA BARRA
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
41.93%
60.69%
Nº barra
A
Itotal Isup Iinf
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
41.93%
60.69%
Nº barra
A
Itotal Isup Iinf
0100200300400500600700800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27Itotal Isup Iinf
75.65%
24.35%
Nº barra
A
0100200300400500600700800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27Itotal Isup Iinf
75.65%
24.35%
Nº barra
A
Simulación del efecto realSimulación del efecto real
MOTOR SIMULADO
Fabricante: SIEMENSPotencia: 11 kWTensión: 380 VCorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMPolos: 4
MOTOR SIMULADOMOTOR SIMULADO
Fabricante: SIEMENSFabricante: SIEMENSPotencia: 11 Potencia: 11 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 22 ACorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMVelocidad : 1450 RPMPolos: 4Polos: 4
LÍNEAS DE CAMPO DURANTE LÍNEAS DE CAMPO DURANTE EL ARRANQUEEL ARRANQUE
LÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONALÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA--MIENTO NOMINALMIENTO NOMINAL
Las líneas de campose concentran en la
superficie
Las líneas de campoLas líneas de campose concentran en lase concentran en la
superficiesuperficie
Simulación del campo real Simulación del campo real durante un arranquedurante un arranque
7.23. Clasificación de los motores 7.23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas según el tipo de rotor: Normas
NEMA INEMA I
Clase BClase BClase B
Clase AClase AClase A
Clase CClase CClase CClase DClase DClase D
T/T/TnomTnom
SS
1,51,5
22
2,52,5
33 Par de arranque bajoPar de arranque bajo Par nominal con S<5%Par nominal con S<5% Corriente arranque elevada 5 Corriente arranque elevada 5
–– 8 In8 In Rendimiento altoRendimiento alto Uso en bombas, ventiladores, Uso en bombas, ventiladores,
máquina herramienta, etc, máquina herramienta, etc, hasta 5,5 hasta 5,5 kWkW
Para potencias > 5,5 Para potencias > 5,5 kW kW se se usan sistemas de arranque usan sistemas de arranque para limitar la corrientepara limitar la corriente
MOTOR CLASE AMOTOR CLASE A
Par arranque similar clase APar arranque similar clase A Corriente arranque 25% < Corriente arranque 25% <
clase Aclase A Par nominal con S<5%Par nominal con S<5% Rendimiento AltoRendimiento Alto Aplicaciones similares al clase Aplicaciones similares al clase
A pero con < I arranqueA pero con < I arranque Son LOS MÁS UTILIZADOSSon LOS MÁS UTILIZADOS
MOTOR CLASE BMOTOR CLASE B Par arranque elevado (2 veces Par arranque elevado (2 veces
Tnom Tnom aprox.)aprox.) Corriente de arranque bajaCorriente de arranque baja Par nominal con S<5%Par nominal con S<5% Rendimiento AltoRendimiento Alto Aplicaciones que requieren Aplicaciones que requieren
alto par de arranquealto par de arranque Tmax Tmax < clase A< clase A
MOTOR CLASE C (Doble jaula)MOTOR CLASE C (Doble jaula)
Par arranque muy elevado (> 3 Par arranque muy elevado (> 3 TnomTnom)) Corriente de arranque bajaCorriente de arranque baja Par nominal con S elevado (7 Par nominal con S elevado (7 ––17%)17%) Rendimiento bajoRendimiento bajo Aplicación en accionamientos intermitentes Aplicación en accionamientos intermitentes
que requieren acelerar muy rápidoque requieren acelerar muy rápido
MOTOR CLASE DMOTOR CLASE D
7.23. Clasificación de los motores 7.23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA IIsegún el tipo de rotor: Normas NEMA II
7.24. Características mecánicas 7.24. Características mecánicas de las cargas más habituales de de las cargas más habituales de
los motores de inducciónlos motores de inducción
Bombas centrífugasBombas centrífugas Compresores centrífugosCompresores centrífugos Ventiladores y soplantesVentiladores y soplantes CentrifugadorasCentrifugadoras
TTRR=K*N=K*N22
PrensasPrensas Máquinas herramientasMáquinas herramientas
TTRR=K*N=K*N
Máquinas elevaciónMáquinas elevación Cintas transportadorasCintas transportadoras Machacadoras y trituradorasMachacadoras y trituradoras Compresores y bombas de Compresores y bombas de
pistonespistones
TTRR=K=K
BobinadorasBobinadoras Máquinas fabricación chapaMáquinas fabricación chapa
TTRR=K/N=K/NTR=K
TR=K/N
TR=K*NTR=K*N2
N
TR
TR=K
TR=K/N
TR=K*NTR=K*N2
N
TR
Arranque enArranque envacíovacío
Arranque aArranque aplena cargaplena carga
Corriente máximaCorriente máximaCorriente máxima
Corriente máximaCorriente máximaCorriente máxima
Corriente de vacíotras alcanzar
velocidad máxima
Corriente de vacíoCorriente de vacíotras alcanzar tras alcanzar
velocidad máximavelocidad máxima
Corriente nominaltras alcanzar
velocidad máxima
Corriente nominalCorriente nominaltras alcanzar tras alcanzar
velocidad máximavelocidad máxima
Duración del arranque
Duración del arranque
LA CORRIENTE MÁXIMA NO DE-
PENDE DE LA CARGA
LA CORRIENTE LA CORRIENTE MÁXIMA NO DEMÁXIMA NO DE--
PENDE DE LA CARGAPENDE DE LA CARGAFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6
7.25. El arranque de los 7.25. El arranque de los motores asíncronos IImotores asíncronos II
El reglamento de BT establece límites para la corriente de arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es
necesario disponer procedimientos específicos para el arranque
El reglamento de BT establece límites para la corriente de El reglamento de BT establece límites para la corriente de arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es
necesario disponer procedimientos específicos para el arranquenecesario disponer procedimientos específicos para el arranque
Sólo válido en motores pequeños o Sólo válido en motores pequeños o en las centrales eléctricasen las centrales eléctricas
Sólo válido en motores de rotor Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos bobinado y anillos rozantesrozantes
El método más barato y utilizadoEl método más barato y utilizado
Reducción de la tensión durante Reducción de la tensión durante el arranque mediante el arranque mediante autotrafoautotrafo
Gobierno del motor durante el Gobierno del motor durante el arranque por equipo electrónicoarranque por equipo electrónico
Métodos de arranque
Métodos de Métodos de arranquearranque
Arranque directo de la redArranque directo de la redArranque directo de la red
Arranque mediante inserción de resistencias en el rotor
Arranque mediante inserción Arranque mediante inserción de resistencias en el rotorde resistencias en el rotor
Arranque estrella – triánguloArranque estrella Arranque estrella –– triángulotriángulo
Arranque con autotransformador
Arranque con Arranque con autotransformadorautotransformador
Arranque con arrancadores estáticos
Arranque con arrancadores Arranque con arrancadores estáticosestáticos
7.25. El arranque de los 7.25. El arranque de los motores asíncronos IIImotores asíncronos III
[[[[ ]]]]22
'XXS
'RR
V'I
RthR
th
thR
++++++++
++++
====
[[[[ ]]]]22
'XXS
'RR
V'I
RthR
th
thR
++++++++
++++
====
[ ] [ ] 22 'XX'RR
V'IRthRth
tharranqueR
+++=
[ ] [ ] 22 'XX'RR
V'IRthRth
tharranqueR
+++=
PAR DE ARRANQUEPAR DE ARRANQUE
Par de un motor asíncrono.
En el arranque S=0Par de un motor asíncrono. Par de un motor asíncrono.
En el arranque En el arranque S=0S=0
Corriente rotórica.
En el arranque S=0Corriente Corriente rotóricarotórica. .
En el arranque En el arranque S=0S=0
[[[[ ]]]]22
23
'XXS
'RR
S'RVP
T
RthR
th
Rth
SS
gi
++++++++
++++
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ====
ΩΩΩΩ====
[[[[ ]]]]22
23
'XXS
'RR
S'RVP
T
RthR
th
Rth
SS
gi
++++++++
++++
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ====
ΩΩΩΩ====
[[[[ ]]]] [[[[ ]]]]22
23'XX'RR
'RVPT
RthRth
Rth
SS
gArranque
++++++++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ====
ΩΩΩΩ==== [[[[ ]]]] [[[[ ]]]]22
23'XX'RR
'RVPT
RthRth
Rth
SS
gArranque
++++++++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ====
ΩΩΩΩ====
23ArranqueRR
SArranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ==== 23
ArranqueRRS
Arranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ
====
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos V: arranque por inserción asíncronos V: arranque por inserción
de resistencias de resistencias rotóricasrotóricasResistencia rotórica crecienteResistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente
RR’1RRRR’’11
ParParPar
SSS
RR’2RRRR’’22RR’3RRRR’’33
Para el arranque de la máquina se
introducen resistencias entre
los anillos rozantes que se van eliminando
conforme aumenta la
velocidad de giro
Para el arranque Para el arranque de la máquina se de la máquina se
introducen introducen resistencias entre resistencias entre
los anillos los anillos rozantes rozantes que se que se van eliminando van eliminando
conforme conforme aumenta la aumenta la
velocidad de girovelocidad de giro
Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos rozantes
Sólo vale para los motores de rotor bobinado y Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos anillos rozantesrozantes
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VI: arranque mediante asíncronos VI: arranque mediante
autotrafoautotrafo
C3
M
C2
C1
RST
C3
M
C2
C1
RST
Para el arranque de la máquina se introduce un autotransformador
reductor (rt>1)
Para el arranque de la máquina se Para el arranque de la máquina se introduce un introduce un autotransformador autotransformador
reductor (reductor (rtrt>1) >1)
Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión reducida
Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión reducidamotor arranca con la tensión reducida
En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión
ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado del
autotrafo
En las proximidades de plena carga C2 se En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión abre: el motor soporta una tensión
ligeramente inferior a la red debido a las ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado del caídas de tensión en el devanado del
autotrafoautotrafo
Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la red
Se cierra C3: el motor soporta toda la Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la redtensión de la red
C3
M
C1
RST
C3
M
C1
RST
M
C2
C1
RST
M
C2
C1
RST
M
C2
C1
RST
M
C2
C1
RST
Fases del arranque con Fases del arranque con autotransformadorautotransformador
Ligera Ligera caída de caída de tensióntensión
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella asíncronos VII: arranque estrella --
triángulotriánguloXs RsIarr
XR’ RR’
3líneaV
Xs RsIarrXR’ RR’
3líneaV Se desprecia
la rama en paralelo
Se desprecia Se desprecia la rama en la rama en
paraleloparaleloS=1S=1
Circuito equivalente del motor Circuito equivalente del motor durante el arranquedurante el arranque
ZccIarr
3líneaV
ZccIarr
3líneaV
CC
línea
arranque Z
V
I 3=CC
línea
arranque Z
V
I 3=
El arranque estrella El arranque estrella -- triángulo consiste en conectar los devanados del triángulo consiste en conectar los devanados del motor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexiónmotor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexión en en
triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad
El motor conectado en estrella consume menos corriente y entregaEl motor conectado en estrella consume menos corriente y entregamenos par. De este modo, se limita la corriente de arranque. menos par. De este modo, se limita la corriente de arranque.
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella asíncronos VII: arranque estrella --
triángulotriánguloR
ST
Zcc
Zcc
Zcc
3líneaV
Iarr-estrella
Vlínea
R
ST
Zcc
Zcc
Zcc
3líneaV
Iarr-estrella
Vlínea
R
ST
Zcc
ZccZcc
3triánguloarrI −Iarr-triángulo
Vlínea
R
ST
Zcc
ZccZcc
3triánguloarrI −Iarr-triángulo
Vlínea
CC
línea
estrellaarr Z
V
I 3=−CC
línea
estrellaarr Z
V
I 3=−CC
líneatriánguloarr Z
VI 3=−
CC
líneatriánguloarr Z
VI 3=−
3triánguloarr
estrellaarrI
I −− = 3
triánguloarrestrellaarr
II −
− =
Esta relación es válida para las dos conexiones. La Esta relación es válida para las dos conexiones. La corriente que aparece en ella es la que circula por corriente que aparece en ella es la que circula por ZZcccc
estrellaarrtriánguloarr TT −− = 3 estrellaarrtriánguloarr TT −− = 3
R
ST
Zcc
Zcc
Zcc
3líneaV
Iarr-estrella
Vlínea
R
ST
Zcc
Zcc
Zcc
3líneaV
Iarr-estrella
Vlínea
R
ST
Zcc
ZccZcc
3triánguloarrI −Iarr-triángulo
Vlínea
R
ST
Zcc
ZccZcc
3triánguloarrI −Iarr-triángulo
Vlínea
3triánguloarr
estrellaarrI
I −− =
3triánguloarr
estrellaarrI
I −− =
23ArranqueRR
SArranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ==== 23
ArranqueRRS
Arranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ
====
23estrellaArrRR
SestrellaArr 'I'RT −−−−−−−− ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ==== 23
estrellaArrRRS
estrellaArr 'I'RT −−−−−−−− ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ
====2
33
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ==== −−−−
−−−−triánguloArrR
RS
triánguloArr'I
'RT2
33
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΩΩΩΩ==== −−−−
−−−−triánguloArrR
RS
triánguloArr'I
'RT
Arrancadores estáticos con microprocesador de Arrancadores estáticos con microprocesador de potencias hasta 2500 potencias hasta 2500 kW kW 7200V7200V
Arrancador 90 kW 690VArrancador 90 Arrancador 90 kW kW 690V690V
Arrancador 4 Arrancador 4 kWkWArrancador para Arrancador para
aplicaciones aplicaciones navales y militaresnavales y militares
ArrancadoresArrancadoresestáticosestáticos
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7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos Ilos motores asíncronos I
Existen aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un paExisten aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un par de r de frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este caso, caso, las propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograrlas propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograr el el
frenado.frenado.
FRENADO REGENERATIVO O POR FRENADO REGENERATIVO O POR RECUPERACIÓN DE ENERGÍARECUPERACIÓN DE ENERGÍA
FRENADO POR CONTRACORRIENTE O FRENADO POR CONTRACORRIENTE O CONTRAMARCHACONTRAMARCHA
FRENADO DINÁMICO (Por inyección FRENADO DINÁMICO (Por inyección de CC)de CC)
TIPOS DE FRENADO TIPOS DE FRENADO ELÉCTRICOELÉCTRICO
Par resistentePar resistentePar resistente
Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)
ParParPar
Curva de Curva de funcionamiento funcionamiento
con con 2P2P polospolos
Curva de Curva de funcionamiento funcionamiento
con con PP polospolos
NNsPsPNNs2Ps2PFRENADO FRENADO REGENERATIVOREGENERATIVO
7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IIlos motores asíncronos II
Zona de Zona de funcionamiento funcionamiento
como frenocomo freno
Para frenar se modifican las conexiones del estator pasando de Para frenar se modifican las conexiones del estator pasando de PP polos a polos a 2P2Ppolos. El frenado se consigue polos. El frenado se consigue al convertirse el motor en generadoral convertirse el motor en generador. La energía . La energía
generada se disipa en resistencias o se devuelve a la redgenerada se disipa en resistencias o se devuelve a la red
PfN Ps
⋅= 602 P
fN Ps⋅= 60
2
PsPs NP
fP
fN 22602
2
60 =⋅=⋅= PsPs NP
fP
fN 22602
2
60 =⋅=⋅=
7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IIIlos motores asíncronos III
MMRRSSTT
MMRRSSTT
Funcionamiento Funcionamiento normal: giro en un normal: giro en un
sentidosentido
Frenado a Frenado a contracorrientecontracorriente: : inverinver--siónsión del sentido de girodel sentido de giro
Par resistentePar resistentePar resistente
CorrienteCorrienteCorrienteGiro horarioGiro Giro horariohorario
Giro anti-horario
Giro Giro antianti--horariohorario
ZONA DE FRENO
ZONA ZONA DE DE FRENOFRENO
S>1S>1S>1
SS
S
S
S
NN
NNN
NNNS +=+=
−−−= 1
SS
S
S
S
NN
NNN
NNNS +=+=
−−−= 1
21 ≅> SS 21 ≅> SS
Par de frenado bajoPar de frenado bajo Frenado en zona Frenado en zona inestainesta--
bleble de la curva Parde la curva Par--SS Corriente durante el Corriente durante el frefre--
nado muy altanado muy alta Solicitación del rotor muy Solicitación del rotor muy
elevadaelevada Necesario construcción Necesario construcción
especialespecial
LIMITACIONESLIMITACIONES
7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IVlos motores asíncronos IV
El El FRENADO DINÁMICOFRENADO DINÁMICO consiste en dos acciones sobre el consiste en dos acciones sobre el funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en altefuncionamiento del motor: eliminación de la alimentación en alterna rna
e inyección de CC por el estator.e inyección de CC por el estator.
La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo que que genera un par de frenadogenera un par de frenado
Equipo para el frenado de Equipo para el frenado de motores asíncronos por motores asíncronos por
inyección de CC (Potencia inyección de CC (Potencia 315 315 kWkW))
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Resistencias para frenado Resistencias para frenado reostático reostático de motoresde motores
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7.27. Cálculo de tiempos de 7.27. Cálculo de tiempos de arranque y frenado arranque y frenado
∫ ⋅= dmrJ 2∫ ⋅= dmrJ 2 2mKg ⋅ 2mKg ⋅Momento de inercia de un Momento de inercia de un
cuerpo de masa cuerpo de masa mm respecto a respecto a un eje. un eje. rr es la distancia al ejees la distancia al eje
[ ]dtdJJTT argcmotR
ωωωω+=− [ ]dtdJJTT argcmotR
ωωωω+=−
Ecuación de la dinámica de rotación: Ecuación de la dinámica de rotación: TT es el par motor, es el par motor, TTRR el par el par
resistente resistente JJmotmot el momento de el momento de inercia del motor, inercia del motor, JJcargcarg el de la carga el de la carga
y y ωωωωωωωω la pulsacila pulsacióón de giron de giro
ωωωωωωωω
dTTJJ
tnominal
R
argcmotarranque ⋅
−+
= ∫0
ωωωωωωωω
dTTJJ
tnominal
R
argcmotarranque ⋅
−+
= ∫0
Integrando la Integrando la ecuación se obtiene ecuación se obtiene
el tiempo de el tiempo de arranquearranque
[ ] ωωωωωωωω
dTTTJJ
tnominal
frenoR
argcmotfrenado ⋅
+−
+= ∫
0
[ ] ωωωωωωωω
dTTTJJ
tnominal
frenoR
argcmotfrenado ⋅
+−
+= ∫
0 TTRR+ + TTfrenofreno es el par es el par resistente total si se resistente total si se
incluye un incluye un procedimiento procedimiento
adicional de frenadoadicional de frenado
7.28. La variación de 7.28. La variación de velocidad de los motores velocidad de los motores
asíncronos Iasíncronos IVariación de la Variación de la
velocidad de giro de la velocidad de giro de la máquinamáquina
Variación de la Variación de la velocidad del campo velocidad del campo
giratoriogiratorio
Variar PVariar PVariar fVariar f
Cambio en la Cambio en la conexión del conexión del
estatorestator
Variación Variación discreta de discreta de la velocidadla velocidad
Sólo posible 2 o 3 Sólo posible 2 o 3 velocidades velocidades
distintasdistintas
Motores con Motores con devanados devanados especialesespeciales
Equipo Equipo eléctrónico eléctrónico para para variar frecuencia variar frecuencia
de redde red
Control de Control de velocidad en velocidad en
cualquier rango cualquier rango para cualquier para cualquier
motormotor
PfNS
⋅= 60P
fNS⋅= 60
7.28. La variación de velocidad de 7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos II: los motores asíncronos II:
métodos particularesmétodos particularesResistencia rotórica crecienteResistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente
RR’1RRRR’’11
ParParPar
SSS
RR’2RRRR’’22RR’3RRRR’’33
Variación de la Variación de la velocidadvelocidad
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR INSERCIÓN DE RESISTENCIAS INSERCIÓN DE RESISTENCIAS
ROTÓRICAS EN MOTORES DE ROTOR ROTÓRICAS EN MOTORES DE ROTOR BOBINADOBOBINADO
Variación de la velocidad
Variación de la Variación de la velocidadvelocidad
0,8Vn0,8V0,8Vnn
VnVnVn
Reducción tensiónReducción tensiónReducción tensiónParParPar
SSS
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR REDUCCIÓN DE LA TENSIÓNREDUCCIÓN DE LA TENSIÓN
BAJO RANGO DE VARIACIÓNBAJO RANGO DE VARIACIÓN
REDUCCIÓN DEL PAR MOTORREDUCCIÓN DEL PAR MOTORBAJO RANGO DE VARIACIÓNBAJO RANGO DE VARIACIÓN
7.28. La variación de velocidad de 7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos III: los motores asíncronos III: Variación de la frecuenciaVariación de la frecuencia
fnffnn
Reducción frecuenciaReducción Reducción frecuenciafrecuenciaParParPar
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA FRECUENCIAVARIACIÓN DE LA FRECUENCIA
NSNNSS
0,75fn0,75f0,75fnn
0,75NS0,75N0,75NSS
0,5fn0,5f0,5fnn
0,5NS0,5N0,5NSS
SSS
PfNS
⋅= 60P
fNS⋅= 60
VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE
VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDAD
VARIANDO DE FORMA CONTINUA VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE LA FRECUENCIA SE PUEDE
VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDADVELOCIDAD
Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la máquina se
sature es necesario mantener la relación V/f constante: al
disminuir f se aumenta V y viceversa
Al reducir la frecuencia aumenta el Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la máquina se flujo. Para evitar que la máquina se
sature es necesario mantener la sature es necesario mantener la
relación relación V/f constanteV/f constante: al : al disminuir f se aumenta V y viceversadisminuir f se aumenta V y viceversa
7.28. La variación de velocidad de 7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos III: los motores asíncronos III: variación de la frecuenciavariación de la frecuencia
Rectificador Inversor
Motor deInducción
Sistemaeléctricotrifásico
FiltroRectificador Inversor
Motor deInducción
Sistemaeléctricotrifásico
Filtro
INVERSOR PWMINVERSOR PWM
VR
T4 T6 T2
T1 T3 T5
VS
VT
+
+
+Rmot Smot Tmot
VR
T4 T6 T2
T1 T3 T5
VS
VT
+
+
+Rmot Smot Tmot
VR
T4 T6 T2
T1 T3 T5
VS
VT
+
+
+Rmot Smot Tmot
VR
T4 T6 T2
T1 T3 T5
VS
VT
+
+
+Rmot Smot Tmot
Funcionamiento del inversor IFuncionamiento del inversor I
Tensión del rectificador sin filtroTensión del rectificador sin filtro Tensión del rectificador con filtroTensión del rectificador con filtro
La tensión después del condensador es continuaLa tensión después del La tensión después del
condensador es continuacondensador es continua
Funcionamiento del inversor IIFuncionamiento del inversor II
El disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocEl disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocida ida como como PWMPWM ((Pulse Pulse width modulationwidth modulation) ) que consiste en comparar una que consiste en comparar una
señal (portadora) triangular con una señal (moduladora) señal (portadora) triangular con una señal (moduladora) senoidalsenoidal
De esta comparación se obtiene una señal similar a la De esta comparación se obtiene una señal similar a la senoidal senoidal pero escalonada para cada una de las fases del inversorpero escalonada para cada una de las fases del inversor
Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es posible obtener señales de distinta frecuencia y tensión a la posible obtener señales de distinta frecuencia y tensión a la
salida del inversorsalida del inversor
Rmot Smot Tmot
Bus detensióncontínua
Rmot Smot Tmot
Bus detensióncontínua
El inversor haciendo El inversor haciendo conmutar los IGBT’s conmutar los IGBT’s “trocea” “trocea” la tensión continua con la que la tensión continua con la que
es alimentadoes alimentado
Funcionamiento del inversor IIIFuncionamiento del inversor III
1 / f 1
-1
0
1
0 1 /2 f 1
A
1 / f 1
-1
0
1
0 1 /2 f 1
B
Rmot Smot Tmot
Bus detensióncontínua
Rmot Smot Tmot
Bus detensióncontínua
2 0 m S0 2 0 m S0
Señales modula-dora y portadoraSeñales modulaSeñales modula--dora y portadoradora y portadora
TENSIÓN DE TENSIÓN DE SALIDA EN SALIDA EN LA FASE RLA FASE R
11
22
Cuando triangular < senoidal dispara el 1Cuando triangular < Cuando triangular < senoidal senoidal dispara el 1dispara el 1
Inversor 55 Inversor 55 kW kW 0 0 –– 400 400 Hz Hz para motor para motor asíncrono con control asíncrono con control
vectorialvectorialInversor 0,75 Inversor 0,75 kW kW 0 0 –– 120 120 Hz Hz para para
control de máquina control de máquina herramientaherramienta
Inversor 2,2kW Inversor 2,2kW 0 0 –– 400Hz de 400Hz de
propósito generalpropósito general
Convertidor para Convertidor para motor de CCmotor de CC
VariadoresVariadoresde de
velocidadvelocidad
CatCatáálogos comercialeslogos comerciales
7.29. Selección de un motor 7.29. Selección de un motor para una aplicación específicapara una aplicación específica
SELECCIONAR SELECCIONAR CARCASA Y NIVEL DE CARCASA Y NIVEL DE
PROTECCIÓN (IP)PROTECCIÓN (IP)
SELECCIÓNAR POTENCIA SELECCIÓNAR POTENCIA EN FUCIÓN DE LA EN FUCIÓN DE LA
POTENCIA NECESARIA POTENCIA NECESARIA PARA ARRASTRA LA CARGAPARA ARRASTRA LA CARGA
SELECCIONAR VELOCIDAD SELECCIONAR VELOCIDAD (P) EN FUNCIÓN (P) EN FUNCIÓN
VELOCIDAD CARGAVELOCIDAD CARGA
SELECCIONAR FORMA SELECCIONAR FORMA NORMALIZADA DE NORMALIZADA DE
MONTAJE EN FUNCIÓN DE MONTAJE EN FUNCIÓN DE UBICACIÓNUBICACIÓN
SELECCIONAR CLASE DE SELECCIONAR CLASE DE AISLAMIENTO EN FUNCIÓN AISLAMIENTO EN FUNCIÓN Tª ESPERADA Y AMBIENTE Tª ESPERADA Y AMBIENTE
DE TRABAJODE TRABAJO
SELECCIONAR SELECCIONAR CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA
MECÁNICA EN FUNCIÓN MECÁNICA EN FUNCIÓN DE PAR DE ARRANQUE Y DE PAR DE ARRANQUE Y
RESISTENTE DE LA CARGARESISTENTE DE LA CARGAABB ABB –– ““Guide for selecting Guide for selecting a motor”a motor”
7.30. La máquina asíncrona 7.30. La máquina asíncrona como generadorcomo generador
La máquina asíncrona se La máquina asíncrona se puede utilizar como generadorpuede utilizar como generador
Por encima de la velocidad Por encima de la velocidad de sincronismo el par se de sincronismo el par se
vuelve resistente y entrega vuelve resistente y entrega energía eléctricaenergía eléctrica
Los generadores asíncronos se Los generadores asíncronos se utilizan en sistemas de utilizan en sistemas de
generación donde la fuente generación donde la fuente primaria es muy variable: primaria es muy variable: energía eólica e energía eólica e hidraúlicahidraúlica
La máquina asíncrona La máquina asíncrona convierte energía mecánica convierte energía mecánica
en eléctrica siempre que en eléctrica siempre que trabaja por encima de la trabaja por encima de la
velocidad de sincronismo. velocidad de sincronismo. NO ES NECESARIO QUE NO ES NECESARIO QUE
GIRE A VELOCIDAD GIRE A VELOCIDAD CONSTANTECONSTANTEEn la actualidad existen máquinas En la actualidad existen máquinas
con doble alimentación rotor con doble alimentación rotor ––estator para mejorar el rendimiento estator para mejorar el rendimiento
en generación eólica e hidráulicaen generación eólica e hidráulica
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