principios de motor electrico de induccion.pdf
TRANSCRIPT
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Yaskawa Electric
America
Motor elctrico de induccin
Jaula de Ardilla
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Un motor elctrico es una maquina que
convierte la energa elctrica en energa
mecnica por medio de un flujo
magntico.
Son ampliamente usados en instalaciones
industriales, comerciales y particulares.
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Caractersticas:
1. Motor con una sola alimentacin. No se requiere
de conmutador, anillos rozantes o escobillas.
2. La ausencia de escobillas elimina la prdida
elctrica debido a la cada de voltaje en estas y la
prdida mecnica entre las escobillas o los
anillos rozantes.
3. Tiene eficiencia relativamente alta.
4. Un motor de induccin es un transformador
rotatorio en el que el devanado secundario recibe
energa por induccin mientras gira.
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Construccin De Un Motor Trifsico
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Construccin De Un Motor Trifsico
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Construccin De Un Motor Trifsico
Estator:Formado por lminas delgadas, ranuradas, de acero de alta permeabilidad.
Ubicado dentro de una carcasa de acero o hierro de fundicin. En las ranuras se colocan bobinas idnticas, interconectadas entre s formando un devanado equilibrado.
Rotor:Est compuesto de 2 laminas circulares planas y delgadas, unidas entre si por barras transversales que van de una lamina a
otra formando un cilindro.
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ROTOR JAULA DE ARDILLA
Imagen tomada de www.drives.co.uk
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Con rotor jaula de ardilla
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Construccin De Un Motor Trifsico
Vista frontal
Rotor
Estator
Carcasa
Entrehierro
Bobinados
del Estator
Eje
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Visa frontal
T1
T2
T2
T3
T1
T3
Construccin De Un Motor Trifsico
-
Operacin del Motor
-
T1
Vista frontal
T2
T2
T3
T1
T3
+
+
+
+Denota que la corriente esta
entrando a la
pantalla
Denota que la
corriente esta
saliendo de la
pantalla
Construccin De Un Motor Trifsico
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Rotacin del motor
+
+
+S
N
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
-
++
+
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
+
+
+S
N
Rotacin del motor
-
++
+
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
+
+
+S
N
+
+
+
Rotacin del motor
-
++
+ S
N
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
+
+
+S
N
+
+
+
+
+
+
Rotacin del motor
-
++
+N
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
+
+
+S
N
+
+
+
+
+
+
+
+
+ S
N
Rotacin del motor
-
++
+
N
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
+
+
+S
N
+
+
+
+
+
+
+
+
+ S
N
+
+
+N
Rotacin del motor
-
++
+S
N
T1
T3
T2
Un Ciclo*
* - current waveform
+
+
+S
N
+
+
+
+
+
+
+
+
+ S
N
+
+
+N
+
+
+
N
Rotacin del motor
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Rotacin del motor
-
Calculando la Velocidad de un Motor
Sincrnico
P
fNo
120
Revoluciones
por minuto
(RPM)
-
Polos & RPM Sincrnicas @ 60Hz
7200= RPM Sincrnicas
P
7200= P
RPM sincrnicas
Polos Magnticos RPM Sincrnicas
2 3600
4 1800
6 1200
8 900
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Vista lateral
Numero de polosEs el nmero de polos magnticos construidos dentro del motor.
Los polos siempre vienen en pares (un norte y un sur), por lo
que en los motores siempre existir un nmero par de polos,
como: 2, 4, 6, etc.
2 POLOS
-
Vista lateral
4 POLOS
Numero de polos
-
Vista lateral
6 POLOS
Numero de polos
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Que es Deslizamiento ?
Estator
Flujo
RotorDeslizamiento
Para que se produzca torque en un motor de induccin debe fluir corriente por el rotor.
Para producir flujo de corriente en el rotor, la velocidad del rotor debe ser ligeramente inferior a la velocidad sincrnica.
La diferencia entre la velocidad sincrnica y la velocidad del rotor (velocidad nominal) se conoce como deslizamiento.
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Calculando la Velocidad Nominal del
Motor
Formula para encontrar la velocidad (RPM) actual
del motor
N =120 f
P( 1 - s )
Donde:
N - RPM de el motor
f - Frecuencia en Hz..
P - Numero de polos del motor
No - Velocidad sincrnica
s - (No - N) / No
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Placa De Caracteristicas De Motor
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Entendiendo La Placa De caracteristicasHP- Caballos de
potencia
Los caballos de
potencia se encuentran
listados en la placa de
caractersticas. Es la
capacidad que tendr el
motor cuando se
conecte a un circuito
que posea el voltaje, la
frecuencia y el numero
de fases que especifica
la placa.
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Formula De La Potencia Rotacional
La formula de la potencia en caballos en
forma simplificada es :
HP = Torque x RPM
5252
Donde:
Torque - Cantidad de torque en lb.ft.
RPM - RPM del motor
5252 - constante obtenida de dividir 33,000
por 6.28
HP x 5252
RPMTorque = O
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RPM - Revoluciones por
Minuto
El valor de RPM representa
la velocidad aproximada a la
que el motor girar cuando se
encuentre apropiadamente
conectado y entregando su
potencia nominal
Entendiendo La Placa De caractersticas
-
Entendiendo La Placa De caractersticas
Polos RPM sincrnicas RPM tpicas en placa
2 3600 3450
4 1800 1725
6 1200 1140
8 900 850
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Voltaje
El voltaje nominal
figura en la placa del
motor. Representa el
voltaje de la fuente de
alimentacin a la que
el motor debe ser
conectado para
producir la potencia y
RPM nominales.Elemento clave a la hora de
seleccionar un variador.
Entendiendo La Placa De caractersticas
-
Efectos De La Variacin De Voltaje En El
Motor A 60Hz
Bajo Voltaje
Corriente mas alta de lo normal
Temperatura del motor mas alta de lo normal
Alto Voltaje
Corriente mas alta de lo normal
Factor de potencia mas bajo de lo normal
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Fases
El numero de fases
aparece en la placa de
caractersticas del
motor y describe el
sistema de corriente
alterna para el que fue
diseado el motor.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
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Frecuencia
La frecuencia figura en
la placa de caractersticas
del motor y describe la
frecuencia del sistema de
corriente alterna que debe
ser aplicada al motor para
producir la velocidad y la
potencia nominal.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
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Amperios
Denota la corriente
aproximada en
amperios que el
motor desarrollara
una vez que este
conectado al tipo de
circuito, voltaje y
frecuencia indicados
y produciendo la
potencia nominal.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
Elemento clave a la hora de
seleccionar un variador.
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Diseo NEMA
El diseo NEMA
especifica la curva
torque velocidad que
ser producida por el
motor.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
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Curva Velocidad - Torque (600%)
Torque con
eje
bloqueado
(150%)Torque a
plena carga
(100%)
Torque de
arranque
(125%)
Torque de ruptura
(200-250%)
Velocidad nominal Velocidad
sincronicaVELOCIDAD
TORQUE CORRIENTE
Corriente
sin carga
(30%)
Deslizamient
o
(300%)
(300%)
(200%)
-
Velocidad
TORQUE
Curvas Velocidad - Torque
-
Caractersticas Tpicas de los Diseos NEMA
0
100%
VELOCIDAD
TO
RQ
UE
200%
300%
100%
Diseo NEMA A
Alto torque de ruptura
Torque de arranque
normal
Corriente de arranque
alta
Bajo deslizamiento a
plena carga
Usado en aplicaciones
que requieren :
Sobrecargas ocasionales
y Mejor eficiencia como
ventiladores y bombas.
-
0100%
VELOCIDAD
TO
RQ
UE
200%
300%
100%
Design B
Diseo NEMA B
Torque de ruptura
normal
Torque de arranque
normal
Corriente de arranque
baja
Deslizamiento a plena
carga normal
Menor al 5%
Motor de proposito
general
Design A
Caracteristicas Tipicas de los Diseos
NEMA
-
0100%
VELOCIDAD
TO
RQ
UE
200%
300%
100%
Design C Design A
Design B
Caractersticas Tpicas de los Diseos
NEMA
Diseo NEMA C
Bajo torque de ruptura
Alto torque de arranque
Baja corriente de arranque
Deslizamiento a plena carga
normal
Menor al 5%
Usado en aplicaciones que
requieren: Arranque con
carga inercial
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0100%
VELOCIDAD
TO
RQ
UE
200%
300%
100%
Design D
Design C
Design A
Design B
Diseo NEMA D
Excesivamente alto torque
de ruptura
Alto torque de arranque
Corriente de arranque
normal
Alto deslizamiento a plena
carga: 5 - 13%
Usado en aplicaciones que
requieren: Arranque con muy
alta carga inercial
Caractersticas Tpicas de los Diseos
NEMA
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Clase de aislamiento
La clase de
aislamiento indica la
temperatura interna
que soporta el motor,
basados en el tipo de
material constructivo
del aislamiento y el
factor de servicio del
motor.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
-
Informacin Acerca De Las Clases
De Aislamiento
Las clases de aislamiento mas comunes son
clase B y F
A 40c 65c 105c
B 40c 90c 130c
F 40c 115c 155c
H 40c 140c 180c
Clase de
aislamiento
Temperatura
Ambiente
Aumento de
Temperatura
Temperatura
Total
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S.F. - Service Factor
Factor de Servicio
Denota el numero por el
cual se multiplica la
potencia nominal para
determinar la mxima
sobrecarga permitida
continuamente
Ejemplo Un motor de 10HP con un factor de servicio de 1.15 puede
ser llevado a 11.5 HP
continuamente sin exceder el
aumento de temperatura permitido
por su clase de aislamiento
Entendiendo La Placa De Caractersticas
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Frame - Carcaza
La designacin de
carcaza se refiere al
tamao fsico del
motor como tambin
algunas
caractersticas del eje
y las dimensiones
para el montaje.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
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Tipo de cerramiento
Determina el cerramiento
del motor de acuerdo a las
condiciones ambientales en
donde dicho motor va a
operar.
Entendiendo La Placa De Caractersticas
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Tipos De Cerramiento De Los
Motores
Abierto a prueba de goteo (Open Drip-proof (ODP))
Totalmente cerrado no-ventilado (Totally enclosed non-ventilated (TENV))
Totalmente cerrado, refrigerado por ventilador (Totally enclosed fan cooled (TEFC))
Totalmente cerrado, refrigerado con ventilacion forzada (Totally enclosed blower cooled (TEBC))
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ODP Open drip-proof
Abierto a prueba de goteo
Ventilacin abierta, permite la circulacin de aire fresco externo sobre y alrededor del bobinado del motor. Posee un bajo grado de proteccin contra el ingreso de lquidos o partculas slidas al interior del cerramiento.
Tipos De Cerramiento De Los
Motores
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TENV
Totally enclosednon-ventilated
Totalmente cerrado no ventilado
Totalmente cerrado, no posee ventilacin externa. (conveccin)
Tipos De Cerramiento De Los
Motores
-
TEFC
Totally enclosed fan-
cooled
Totalmente cerrado,
refrigerado por
ventilador
Totalmente cerrado, con
refrigeracin externa por
ventilador conectado al
eje del motor.
Tipos De Cerramiento De Los
Motores
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Tipos De Cerramiento De Los
Motores
TEBC
Totally enclosedblower-cooledTotalmente cerrado, con ventilacin forzada
Totalmente cerrado con refrigeracin externa por un moto-ventilador conectado a un control diferente al del motor.
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Rangos De Velocidad TEFC
Torque Constante 4:1 (15-60 hz.)
Torque Constante 10:1 (6-60 hz.)
Torque Variable 1-60 hz. 2:1 (30-60 hz.) CT
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Rangos De Velocidad TENV/TEBC
Torque Constante 0 a velocidad Base
100:1 (0.6-60 hz.)
1000:1 (0.06-60 hz.)
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Seleccin y aplicacin de motores
elctricos
Dentro del universo del motor elctrico, el motor de
induccin es el ms comn y prcticamente todas las
aplicaciones industriales pueden realizarse con este
motor, generalmente el tipo Jaula de Ardilla, o con
rotor en cortocircuito.
A veces se pasa por alto muchos aspectos en el
momento de la seleccin y aplicacin del mismo. En
las siguientes diapositivas se darn algunas
indicaciones importantes que ayudarn a hacer estas
labores ms tcnicas y ms eficientes desde el punto
de vista de operacin de una industria.
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Gestin inicial
Es una instalacin nueva o existente?
Cules son las condiciones de la red elctrica?
Cul es la carga que el motor va a accionar?
Cules son las condiciones medioambientales?
Cul va a ser el tiempo de recuperacin de la
inversin?
Qu tipo de normas debe cumplir el motor?
Cmo va a ser hecho el arranque del motor?
Obviamente, Cules son las caractersticas de
potencia y velocidad requeridas del motor?
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Por qu el motor jaula de ardilla?
Bajo costoBajo mantenimientoFcil de adquirirAlto grado de proteccinPocos componentesRobusto
Por carecer de chispas internas, puede instalarse en
ambientes de riesgo. Es el motor ms prctico para
realizar aplicaciones en donde se requiere variacin
de velocidad, llegando incluso a desplazar el motor de
corriente continua.
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Las normas
IEC: Comisin Electrotcnica Internacional que es acogida por
la gran mayora de pases y especialmente los europeos
NEMA: Asociacin Nacional de Fabricantes de Equipos
Elctricos. Es una norma nacional de Estados Unidos, pero es
comn en muchos pases.
Hay varias diferencias en la construccin dependiendo de la
norma, pero lo ms significativo es que mientras que las
dimensiones segn IEC son en milmetros, segn NEMA son
en pulgadas.
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Lugar de instalacin.
Todos los motores estn diseadospara operar en un ambiente con
temperatura no superior a 40 C a una
altura no superior a 1000 metros sobre
el nivel del mar.
A mayor altitud sobre el nivel del mar,el aire toma una densidad menor y a
una misma velocidad, se tendr menor
flujo de aire.
Es necesario garantizar que el motorno tendr una elevacin de temperatura
tal que lo haga tener un calentamiento
por encima de su lmite trmico.
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Condiciones de instalacin
(grado de proteccin).
Otro tema a considerar son las condiciones propias del
ambiente: Contaminacin, presencia de agentes qumicos,
utilizacin en lugares abiertos o cerrados. Para garantizar
una adecuada seleccin de motor, es importante conocer
el significado de grado de proteccin IP, definido segn
normas internacionales.
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Condiciones de instalacin
(grado de proteccin)
IP significa INTERNAL PROTECTION
determina el grado de proteccin (mecnico) o de encerramiento del
motor. Viene seguido de dos cifras caractersticas; la primera de ellas
indica la proteccin contra el ingreso de cuerpos slidos y la segunda
indica la proteccin contra el ingreso de lquidos.
IP21: Protegido contra contacto con los dedos, contra
ingreso de cuerpos slidos mayores que 12 mm y contra
gotas verticales de agua
IP22: Protegido contra contacto con los dedos, contra ingreso
de cuerpos slidos mayores que 12 mm y contra gotas
de agua hasta una inclinacin de 15 con la vertical
IP55: Protegido completamente contra contacto, contra
acumulacin de polvos nocivos y contra chorros de agua
en todas las direcciones
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La carga La carga es la que define la potencia yvelocidad del motor.
Es conveniente hacer un estudio detalladode cul ser el momento de inercia, la curva
Par-Velocidad de la carga.
Estos puntos nos ayudan a definir cmoser el comportamiento dinmico del motor
con su mquina de trabajo y cules sern
los tiempos de arranque.
Los torques de arranque son diferentes ycon toda seguridad, los ciclos de trabajo
varan de una instalacin a otra.
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El arranque
Existen los siguientes tipos de arranque:
1. Directo. El motor tendr una corriente de arranque normal
(hasta ocho veces la corriente nominal) y un par de
arranque normal.
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El arranque
2. Estrella-Tringulo. La corriente y el torque se reducen a la
tercera parte (hasta tres veces la corriente nominal).
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El arranque
3. Por Autotransformador. El autotransformador es fabricado
para entregar al motor una tensin menor de la nominal. Esta
tensin puede estar entre el 30% y el 70% dependiendo de la
aplicacin. La corriente y el torque variarn en proporcin
cuadrtica a la tensin de alimentacin.
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El arranque
4. Arranque electrnico suave. En
este mtodo, el arrancador
alimenta el motor con una tensin
reducida y gradualmente aumenta
la tensin hasta la tensin de
rgimen. El comportamiento inicial
de la corriente y el torque ser
idntico al mtodo 3, pero el
comportamiento durante todo el
periodo de transicin depender
de la manera como el arrancador
suave sea controlado.
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El arranque
5. Variador de velocidad (o variador de
frecuencia). Mediante este mtodo, se
logra limitar la corriente de arranque a
valores de hasta dos veces la corriente
nominal, mientras se obtiene un torque
de arranque adecuado para cualquier
aplicacin. Adems, la transicin ser
la ms suave posible de todos los
mtodos. Mecnicamente, es la mejor
forma de hacer la operacin, adems
de que permite realizar control de
velocidad preciso, gracias a los
avances de la electrnica de potencia y
control.
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Potencia y eficiencia del motor
La potencia elctrica obedece a la siguiente relacin
P = 3 * V * I * Cos
Donde
P: Potencia en kWV: Voltaje o tensin en voltiosI: corriente en amperiosCos : Factor de potencia
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Potencia y eficiencia del motor
La potencia mecnica obedece a la siguiente
relacin
P = T * n / 9550
Donde
P: Potencia en kWT: torque en Nm El torque es la capacidad delmotor de hacer girar cargas.
n: velocidad en rpm
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Potencia y eficiencia del motor
Al seleccionar un motor, lo primero que se debeconsiderar es la velocidad de rotacin y el torque
requerido del motor.
La capacidad de sobrecarga del motor ser un factora considerar, pues el ciclo de carga puede exigir al
motor que en ciertos momentos suministre mayor
potencia de su potencia nominal (o normal).
Esta capacidad es conocida como Factor de Servicio
(FS).
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Potencia y eficiencia del motor
La eficiencia se calcula segn la siguiente relacin
= Ps / Pe
Donde
Ps es la potencia de salida, en este caso potencia enel eje.
Pe es la potencia de entrada, en este caso potenciaelctrica.
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Potencia y eficiencia del motor
A manera de ejemplo, un motor de 15 HP estndar
tiene una eficiencia de 89%, mientras que un motor de
Alta Eficiencia tiene un valor de 92%. Su diferencia en
precios puede ser de 30%. Para un uso de 16 horas
diarias durante todo el ao y con un costo de energa
de $130/kW-h, esta diferencia se paga en un periodo
de tan solo 15 meses. A partir de este momento, el uso
del motor de mayor eficiencia generar ahorro para la
compaa.
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Inverter Duty Motor de alta
eficiencia
Son motores que se usan en aplicaciones que
requieran el uso de Variadores de frecuencia.
Debido a su aislamiento especial, el Inverter
Duty no necesita de reactores o cualquier filtro
entre el variador y el motor, para la proteccin
del sistema de aislamiento.
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Yaskawa Electric America Technical Training Services
Para informacin sobre capacitacin por favor:
Llamar al 4284225 ext. 122
Envi un E-mail a [email protected]
Bibliografa:
WEG, seleccin y aplicacin de motores elctricos
artculo espaol.
Mquina elctrica rotativas, Gur