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MOTOR ASNCRONO TRIFSICO

MOTOR ASNCRONO TRIFSICOAlrededor del 65% de la energa elctrica es consumida por motores elctricos.

Considerando nicamente el sector industrial, alrededor del 75% es consumida por motores,siendo el 90% de ellos motores asncronos trifsicos.

1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Al igual que las mquinas de cc. los motores de induccin estn formados por un estator y un rotor

El estatorest constituido por un ncleo encuyo interior existen 3 pares de arrollamientos odevanados colocados simtricamente en un ngulode 120. Son sometidos a una C.A. trifsica creandoun campo giratorio.

Las bobinas del estator inducen corrientealterna en el circuito elctrico del rotor (por el efectotransformador) .

La interaccin entre el campo magntico delestator y la corriente del inducido en el rtor producela fuerza que hace mover al rotor.

A, B y C, representan las tres bobinas inductoras, la circulacin del sistema trifsico de corrientes,produce un campo magntico giratorio.

El sistema de tres bobinas produce un par de polos (norte y sur), se puede construir el estator conun nmero de bobinas siempre mltiplo de 3 produciendo un nmero de pares de polos mayor.

La velocidad angular en radianes/seg. a la que gira el campo magntico producido por el estatorviene dada por la siguiente expresin:

p

fs

.2.=

Siendo f, la frecuencia de la red y p el nmero de pares de polos.

La velocidad en r.p.m. vendr dada por la expresinp

fNs

60.=

Esta ser la velocidad de sincronismo, el rtor nunca puede girar aesta velocidad, porque en ese caso la interaccin de campo magntico de rtor yestator no produce fuerza.

Una forma de imaginar el funcionamiento de este motor es pensar que en el estator se genera uncampo magntico que gira a la velocidad de sincronismo y en el rtor se genera otro campo magntico quetrata de seguir al del estator sin alcanzarlo en ningn momento.

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Representacin de camposmagnticos producidos en rtor yestator.


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2.- CONSTRUCCIN Y CLASIFICACIN

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Comn a cualquier motor, encontramos elementos como la carcasa que soporta el estator, la cajade bornes, donde realizar las conexiones elctricas, el ventilador para refrigeracin.

El estator est formado por chapas de un acero especial con buena conduccin magntica,aisladas elctricamente para evitar prdidas por corrientes de Foucoult. Las chapas tienen unas ranurasdonde se alojan los devanados de excitacin.

El rtor est construido mediante chapas, al igual que el estator, los conductores se alojan en lasranuras de dos maneras diferentes dando lugar a dos tipos de motores.

Motores de jaula de ardilla

El rotor consta de un cierto nmero de barras de cobre o de aluminio, conectadaselctricamente por anillos de aluminio finales.

Su construccin es ms econmica, robusta y sencilla, no incorporanescobillas por lo que su mantenimiento es menor, pero no permite conectar el rtor aotros componentes elctricos fuera del mismo.

Motores de rtor bobinado o anillos rozantes.

Los conductores del rtor estn constituidos por bobinas de hilo de

cobre conectadas al exterior a travs de un sistema de anillos y escobillas,permite conectar el devanado rotrico con otros elementos elctricos comoresistencias para cambiar los parmetros de funcionamiento del motor.

3.- VELOCIDAD DE GIRO.

Sabiendo el nmero de polos y la frecuencia de la red se determina la velocidad de sincronismodel rtor, como el motor nunca gira a esta velocidad conviene definir un concepto que es el deslizamientocomo la diferencia de velocidades del motor (sincronismo y real) en relacin a la velocidad de sincronismo.Valores tpicos suelen estar alrededor del 5%, y depende del par que tiene que vencer el motor.

Siendo ns la velocidad de sincronismo y n la velocidad real del rotor.

Esta relacin tambin determina que la frecuencia de las corrientes que se generan en el rtorviene dada por: frotor= festator .s

Dado que la velocidad de sincronismo viene dadapor frecuencia de la red y nmero de pares depolos, los valores de velocidades de sincronismocaractersticos de estos motores sern.

Torque

ns

1

0

ns

smax

Tst

Tmax

3

s

s

s

s

ss

n

nn

n

ns

=

=

=

=


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4.- BALANCE DE POTENCIAS

El motor absorbe una energa elctrica, y proporciona una potencia til mecnica.

Pmec = M . La diferencia entre ambas potencias se debe a la energa perdida:

Prdidas en el Cu, PCu estator, PCu rotor

Se producen por la resistencia de los conductores tanto en el rtor como en el estator,

Prdidas en el Fe, P Fe estator, PFe rotor

Debidas a que los campos magnticos inducen corrientes en las chapas del estator y del rotor,para minimizarlas se construyen ambos elementos mediante la unin de chapas aisladas.

Prdidas mecnicas, son debidas a rozamientos entre componentes mecnicos y la energa querequiere el ventilador.

El rendimiento de la mquina ser la energa til mecnica dividido la energa elctrica absorbida.

electr

mec

P

P=

La potencia elctrica vendr dada por la expresin de la potencia absorbida por una carga trifsica:

cos..3 IVP=

Siendo V la tensin de lnea, I la corriente de lnea y cos el factor de potencia.

5.- CONEXIONADO DEL MOTOR

La conexin del motor a la lnea elctrica se realiza atravs de la caja de bornas en la misma podemos acceder alprincipio y final de cada bobina que constituyen los devanados.

Dada una lnea trifsica podemos conectar losdevanados del motor en estrella o en tringulo.

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Hay que tener en cuenta que las bobinas del motor estn construidas para un valor mximo devoltaje, la conexin en estrella o tringulo del motor depender de este mximo y del valor de la lnea.

Vemoslo con un ejemplo.

La placa de caractersticas de un motor nos da como tensin a aplicar 380V/220V. Dada una lneatrifsica con tensin de lnea 220V, cmo podemos conectar el motor?

Si la tensin de la lnea es de 380V, cmo podremos conectar ahora el mismo motor?

6.- CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO

Se ha visto anteriormente que el giro del rtor se debe al campo magntico giratorio que produceel estator, para cambiar el sentido de giro del eje ser necesario cambiar el sentido de giro de dichocampo.

Esto se consigue invirtiendo entre s dos fases cualesquiera, permaneciendo una de ellas con lamisma conexin.

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7.- CURVAS CARACTERSTICAS

Las ms importantes son las caracterstica de par M=f(n) y la caracterstica de intensidad I=f(n)

8.- ARRANQUE DEL MOTOR

Si no se dispone de algn medio que limite la corriente, en el arranque del motor se produce unvalor elevado de corriente lo cual da lugar a problemas en las lneas elctricas por lo que es necesariolimitar este valor de corriente, existen varios sistemas:

El arranque directo del motorslo es vlido para motores de pocapotencia.

Arranque mediante resistencias.

Consiste en conectar en serie con el motor unas resistencias, es unmtodo que desperdicia la potencia en forma de calor, por lo que es muypoco utilizado.

Arranque mediante autotransformador.

Mediante un transformador podemos reducir el valor de voltaje, tampocoes muy poco utilizado por el coste del transformador.

Arranque mediante conexin de resistencias en el rtor.

Slo vlido en motores con rtor bobinado, presenta los inconvenientesanteriormente descritos.

Arranque estrella-tringulo

Es el tipo de arranque ms utilizado por su bajo coste, en funcin de latensin del motor y de la lnea podemos arrancar el motor con los devanados conectados en estrella y unavez en marcha el motor conectarlos en tringulo.

Para la realizacin del mismo se necesitan contactores, son rels para potencias elevadas quepermiten realizar circuitos de maniobra de las mquinas elctricas.

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Circuito de potencia y mando de un arranque estrella-tringulo.

Al conectar el motor en estrella la corriente de arranque se reduce a la tercera parte que alconectar en tringulo directamente.

Arranque mediante variador de frecuencia. Regulacin de velocidad.

Un variador o convertidor de frecuencia es un dispositivo que mediante electrnica de potencia,(transistores y tiristores capaces de conducir corrientes elevadas) permite obtener un sistema trifsico devoltajes con distintas frecuencias.

Basados en esta tecnologa se tienen equipos que permiten variar la velocidad de un motor de unaforma bastante precisa. Los mismos se pueden utilizar como arrancadores.

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