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MOTORES DE INDUCCIONDecanatura de ciencias naturales e ingenierías, Unidades Tecnológicas de Santander Bucaramanga, ColombiaKevyn Dario Pérez [email protected]: Se realiza una práctica de laboratorio para identificar las principales características y comportamientos de los motores de i...

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MOTORES DE INDUCCION Decanatura de ciencias naturales e ingenierías, Unidades Tecnológicas de Santander Bucaramanga, Colombia

Kevyn Dario Pérez Ariza [email protected]

RESUMEN: Se realiza una práctica de laboratorio para identificar las principales características y comportamientos de los motores de inducción, se demuestra su funcionamiento y características. Se le aplican cargas mecánicas para el motor con rotor de jaula de ardilla y observar los efectos causados por el cambio en la carga. Para el motor con rotor devanado se realizan cambios en las resistencias del rotor para observar los efectos causados por dicha variación.

INTRODUCCIÓN: En general existen dos tipos de motores de inducción; el motor de rotor de jaula de ardilla y el motor con rotor devanado. Debido al tipo de comportamiento de estos motores también se les conoce como transformadores rotatorios. En la actualidad los motores eléctricos son las máquinas eléctricas más utilizadas en todo el mundo (en especial los motores con rotor jaula de ardilla por su extremadamente bajo mantenimiento), dependiendo de la aplicación que se quiera tener se puede definir el tipo de maquina requerida.

OBEJTIVOS • • •

Determinar físicamente el efecto de la resistencia del circuito del rotor en el arranque y operación de los motores de inducción de rotor devanado. Determinar la magnitud de la corriente nominal y de arranque en un motor conectado en estrella Y delta. Otro objetivo remarcable es demostrar como la teoría se aplica físicamente en estos equipos y demostrar que las ecuaciones son muy bien aplicadas a las 4 reacciones que tienen estas máquinas lo cual propicia un mayor aprendizaje al conocer cómo funcionan física y analíticamente.

DEFINICION Sustentado en lo explicado anteriormente un motor es un transformador de energía, convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Es importante tomar en consideración el campo magnético giratorio producido por su estator, el cuál es alimentado por una fuente externa de ac generando un electroimán que rota y a su vez induce un voltaje en los devanados del rotor, lo cual según la ley de inducción de Faraday provoca un voltaje inducido, que a su vez provoca una corriente, y ésta produce un campo magnético. Los motores síncronos son máquinas síncronas que se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica [...] (Chapman, 2009) Según Chapman, un motor de inducción es casi exactamente igual a un motor síncrono, con la excepción de que, su rotor

no se energiza, por lo cual no produce su propio campo, sino que, el campo del rotor es inducido por el campo del estator.

FUNCIONAMIENTO El motor asincrónico funciona según el principio de inducción mutua de Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras, se produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya frecuencia será igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor. Este campo al girar alrededor del rotor en estado de reposo, inducirá unas tensiones eléctricas que generará unas corrientes en el mismo. Estas producirán a su vez un campo magnético que seguirá el movimiento del campo estatórico, produciendo una cupla o par motor que hace que el rotor gire (principio de inducción mutua). No obstante, como la inducción en el rotor sólo se produce si hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatórico y el rotórico, la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante. De lo contrario, si ambas velocidades fuesen iguales, no habría inducción y el rotor no produciría par. A esta diferencia de velocidad se la denomina "deslizamiento" y se mide en términos porcentuales, por lo que ésta es la razón por la cual a los motores de inducción se los denomina asincrónicos, ya que la velocidad rotórica difiere levemente de la del campo rotante. El deslizamiento difiere con la carga mecánica aplicada al rotor, siendo máximo con la máxima carga aplicada al mismo. Sin embargo, a pesar de esto, el motor varía poco su velocidad, pero el par motor o cupla aumenta (y con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que son motores de velocidad constante. Eléctricamente hablando, se puede definir al motor asincrónico como un Transformador eléctrico cuyos bobinados del estator representan el primario, y los devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito.

TIPOS DE ROTORES Rotor de jaula de ardilla simple Los círculos negros que se muestran en la figura representan las ranuras del rotor donde va introducido el bobinado. Existen varios tipos de ranuras, de ahí que existan varios tipos de rotores. Este tipo de rotor es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera 6 o 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta mal los picos de cargas.

Está siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140 % del normal.

Rotor de anillos rozantes Se denominan rotores de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150 % y el 250 % del par normal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor.

Rotor de jaula de ardilla doble La ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras están separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe. Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 o 5 veces la intensidad nominal, y su par de arranque puede ser de 230 % la normal. Estas características hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es el más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.

CIRCUITO EQUIVALENTE

Al motor de inducción se le llama de ese modo ya que, su funcionamiento se sustenta en las leyes de inducción para provocar un par inducido que está dado por la ecuación:

Rotor con ranura profunda Es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de ranura profunda. Sus características vienen a ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores de baja potencia que necesitan realizan continuos arranques y paradas.

METODOS DE ARRANQUE Un motor de inducción es similar a un transformador polifásico cuyo secundario está en cortocircuito, Por lo tanto, a una tensión de alimentación normal, como en los transformadores, la corriente inicial que toma el primario es muy grande por un corto tiempo. ARRANCADOR DIRECTO EN LINEA (DOL) Se pueden arrancar pequeños motores de inducción trifásicos directo en línea, lo que significa que la alimentación nominal se aplica directamente al motor. Pero, como se mencionó anteriormente, aquí, la corriente de arranque sería muy

grande, generalmente entre 5 y 7 veces la corriente nominal. Es probable que el par de arranque sea de 1.5 a 2.5 veces el par de carga completa.

JAULA DE ARDILLA El arranque de la corriente de entrada en los motores de jaula de ardilla se controla mediante la aplicación de voltaje reducido al estator. Estos métodos a veces se llaman como Métodos de voltaje reducido para el arranque de motores de inducción de jaula de ardilla.

1. Usando resistencias primarias: Obviamente, el propósito de las resistencias primarias es dejar caer algo de voltaje y aplique un voltaje reducido al estator. Considerar, la tensión de arranque se reduce en un 50%. Luego, de acuerdo con la ley de Ohm (V = I / Z), la corriente de arranque también se reducirá en el mismo porcentaje.

3. Star-delta starter: Este método se utiliza en los motores, que son Diseñado para funcionar en el estator conectado delta. Se usa un interruptor de dos vías para conectar el devanado del estator en estrella mientras se inicia y en delta mientras se ejecuta a velocidad normal. Cuando el devanado del estator está conectado en estrella, la tensión en cada fase del motor se reducirá en un factor 1 / (sqrt. 3) de lo que sería para el devanado delta conectado. El par de arranque será 1/3 veces que será para el devanado delta conectado. Por lo tanto, un arranque estrelladelta es equivalente a un autotransformador de relación 1 / (sqrt. 3) o un 58% de voltaje reducido.

MOTOR ANILLO DESLIZANTE Un reóstato conectado en estrella se conecta en serie con el rotor a través de anillos deslizantes como se muestra en la fig. La introducción de resistencia en la corriente del rotor disminuirá la corriente de arranque en el rotor (y, por lo tanto, en el estator). Además, mejora el factor de potencia y aumenta el par. El reóstato conectado puede ser manual o automático. Como la introducción de resistencia adicional en el rotor mejora el par de arranque, los motores de anillo deslizante pueden arrancar en carga. La resistencia externa introducida es solo para propósitos de arranque y se corta gradualmente a medida que el motor acumula la velocidad.

2. Autotransformadores: Con el arranque del autotransformador, la corriente extraída de la línea de suministro es siempre menor que la corriente del motor en una cantidad igual a la relación de transformación. Por ejemplo, cuando un motor arranca en una toma del 65%, la tensión aplicada al motor será del 65% de la tensión de línea y la corriente aplicada será del 65% del valor de inicio de la tensión de línea, mientras que la corriente de línea será de 65%. % del 65% (es decir, 42%) del valor de inicio del voltaje de línea.

DATOS OBTENIDOS En el laboratorio usando los equipos de medición adecuados y según la conexión recolectamos los siguientes datos

Tensión reducida 50 0,002 800

Vacio Voltaje (V) Corriente (A) Potencia (W)

220 0,004 400 4,16*10^Deslizamiento 3

Rmax 220 0,001 200

0,131

JAULA DE ARDILLA Vacio Voltaje (V) Corriente (A) Potencia (W)

220 0,005 100

Rotor Bloqueado 91,3 0,001 200

Deslizamiento 8,33*10^-3 CONCLUSIONES • En esta práctica se puede observar y comprobar la teoría aprendida en clase del motor de inducción. Se observa que efectivamente hay pérdidas en el motor por distintas causas; por calor, reacción de inducido, y reactancias. • De igual modo se nota que las corrientes de arranque son consideraciones extremadamente importantes al momento de operar un motor, más si se habla de un motor relativamente grande donde, puede ser que la corriente de arranque sea tan grande y prolongada que se dañe el motor. • En el caso del motor de inducción con rotor devanado se puede notar que su velocidad puede ser variada mediante la variación de la resistencia de rotor, así como también aumentar la capacidad de soportar mayor carga, no confundiendo que se aumente la capacidad mecánica del motor, sino que, al aumentar la resistencia en el rotor se limite la corriente que pasa a través de este cuando este el motor sometido a cargas muy grandes.

REFERENCIAS • https://www.ecured.cu/Rotor_de_jaula_de_ardi lla • http://www.frt.utn.edu.ar/tecnoweb/imagenes/fi le/Apuntes%20del%20Dpto%20Electrica/M OTORES%20ASINCR%C3%93NICOS.pdf • LABORATORIO DE MAQUINAS 2 UTS • MAQUINAS ELECTRICAS DE GURU...