Date post: | 15-Mar-2016 |
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Tema VII: La máquina asíncrona
Universidad de Oviedo
Dpto. de Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Computadores y
Sistemas
7.1. Aspectos 7.1. Aspectos constructivos: constructivos: generalidadesgeneralidades
CIRCUITOS CIRCUITOS MAGNÉTICOSMAGNÉTICOS
Conjunto de chapas Conjunto de chapas de Fe aleado con Si de Fe aleado con Si aisladasaisladas y apiladas y apiladas
ROTORROTORConjunto de Conjunto de espiras en espiras en
cortocircuitocortocircuito
De jaula De jaula de ardillade ardilla
BobinadoBobinadoDe Al De Al
fundidofundido
De barras De barras soldadassoldadas
ESTATORESTATORDevanado Devanado trifásico trifásico
distribuido en distribuido en ranuras a ranuras a
120º120º
Aleatorio: de Aleatorio: de hilo esmaltadohilo esmaltado
PreformadoPreformado
Barras Anillo
Rotor de aluminioRotor de aluminioFundidoFundido
Rotor de anillosRotor de anillosSoldadosSoldados
7.2. Aspectos 7.2. Aspectos constructivos: rotor IIconstructivos: rotor II
AnillosAnillos
Fotografías realizadas en los Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijóntalleres de ABB Service - Gijón
7.2. Rotor 7.2. Rotor III III
Chapa magnéticaChapa magnética
Barra de cobreBarra de cobre
Plato final rotorPlato final rotorFijación Fijación
chapa magnéticachapa magnética
Anillo deAnillo decortocircuitocortocircuito
Despiece de un Despiece de un rotor de jaula con rotor de jaula con
barras de cobre barras de cobre soldadassoldadas
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.2.1 Rotor 7.2.1 Rotor bobinado: anillos bobinado: anillos
rozantes rozantes
EscobillasEscobillas
Anillos Anillos rozanterozante
ss
Anillos rozante
s
El rotor se cierra en El rotor se cierra en cortocircuito desde cortocircuito desde el exterior a través el exterior a través de unas escobillas y de unas escobillas y
anillos rozantesanillos rozantes
L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativasmáquinas eléctricas rotativas
L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativasmáquinas eléctricas rotativas
DEVANADO DE HILODEVANADO DE HILOTensión<600VTensión<600V
7.3. Aspectos 7.3. Aspectos constructivos: estatorconstructivos: estator
DEVANADO PREFORMADODEVANADO PREFORMADOTensión>2300vTensión>2300v
Evitar contacto entreEvitar contacto entreconductores a distintaconductores a distinta
tensióntensión
Los materiales empleados en los Los materiales empleados en los aislamientos son generalmente aislamientos son generalmente
orgánicosorgánicos
Fotografías realizadas en los Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijóntalleres de ABB Service - Gijón
Fotografías realizadas en los Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijóntalleres de ABB Service - Gijón
7.3.1. Diferencias entre 7.3.1. Diferencias entre devanados de hilo y devanados de hilo y
devanados preformadosdevanados preformados
Forma constructivaForma constructivade los devanadosde los devanados
Devanados de HiloDevanados de Hilo
Devanados de pletinaDevanados de pletina
Baja tensión < 2kVBaja tensión < 2kV
Potencia < 600CVPotencia < 600CV
Devanado “Devanado “aleatorio”aleatorio”dentro de la ranuradentro de la ranura
Pletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladas
Alta tensión y potenciaAlta tensión y potencia
Colocación de bobinasColocación de bobinas““ordenada”ordenada”
7.3.2. Elementos del 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en aislamiento estatórico en motores con devanados motores con devanados
preformados Ipreformados IHabitualmente se colocanHabitualmente se colocandos bobinas por ranura.dos bobinas por ranura.
El aislamiento entre con-El aislamiento entre con-ductores elementales esductores elementales esdistinto del aislamiento distinto del aislamiento frente a masafrente a masa
Cada espira puede Cada espira puede estar estar constituida por varios constituida por varios conductores conductores elementaleselementales
Bobinas delestator
Aislamiento
Núcleo delestator
Espira
Bobinasuperior
Bobinainferior
Cuña
Conductorelemental
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 para soportar la tensión correspondiente al nivel de aislamiento de la máquina.aislamiento 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 cintas se utilizan cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas en las y recubrimientos protectores para proteger las bobinas en las zonas de ranura.zonas de ranura.
7.3.2. Elementos del 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en aislamiento estatórico en motores con devanados motores con devanados
preformados IIpreformados II
Zona de ranuraCabezade bobina
Aislamiento entre conductores
Sección de la bobina
7.3.2. Elementos del 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en aislamiento estatórico en motores con devanados motores con devanados
preformados IIIpreformados III
Fotografías realizadas en los Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijóntalleres de ABB Service - Gijón
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 son Las tensiones soportadas por los conductores elementales son
muy bajas.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 y formar una espira. Se pliegan para conformar cada espira y finalmente se aplica a la espira el aislamiento correspondiente.finalmente se aplica a la espira el aislamiento correspondiente.
Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo de Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el conformado de las espiras).conformado de las espiras).
7.3.2.1. Aislamiento entre 7.3.2.1. Aislamiento entre espiras y conductoresespiras y conductores
Soporta TªSoporta Tªhasta 220ºChasta 220ºC
Poliimida (Kapton) Poliimida (Kapton) oo
Poliamida en Poliamida en forma de películaforma de película
Poliimida (Kapton) Poliimida (Kapton) oo
Poliamida en Poliamida en forma de películaforma de película
++Fibra de vidrio Fibra de vidrio con poliéster con poliéster
(Daglas)(Daglas)
Motores deMotores dehasta 4kVhasta 4kV
Motores demás de 4kV
7.3.2.2. Materiales aislantes 7.3.2.2. Materiales aislantes para los conductores para los conductores
elementaleselementalesHasta los añosHasta los años
40 barnices40 barnicesFibras de amiantoFibras de amianto
Desarrollo de materialesDesarrollo de materialessintéticossintéticos
Uso de barnices solos y combinados
7.3.2.3. Materiales aislantes 7.3.2.3. Materiales aislantes para el muro aislantepara el muro aislante
Necesario utilizarNecesario utilizarmaterial soporte o material soporte o
aglomeranteaglomerante
La mica en polvo oescamas se aglutina
conun material aglomerante
Material deMaterial de base =Micabase =Mica
Muy buenas propiedadesMuy buenas propiedadesdieléctricas y térmicasdieléctricas y térmicas
Silicato de alumnioMalas propiedades mecánicasMalas propiedades mecánicas
También se puede depositar sobre un material soporte impregnando el
conjunto con aglomerante
Muchoscompuestos
Catálogos Catálogos comercialescomerciales
7.3.2.4. Aglomerantes y 7.3.2.4. Aglomerantes y materiales soporte Imateriales soporte I
AGLOMERANTES
TERMOESTABLES
A partir de los años 50A partir de los años 50
PoliésterResinas epoxy
Nuevos soportes:Nuevos soportes:Fibra de vidrioFibra de vidrio
PoliésterPoliésterElevadas Elevadas TemperaturasTemperaturas
COMPORTAMIENTCOMPORTAMIENTOO
TÉRMOPLÁSTICOTÉRMOPLÁSTICO
Tª 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
Fotografías realizadas en los Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijóntalleres de ABB Service - Gijón
Recubrimiento de reparto
Recubrimiento conductor enla zona de ranura
7.3.2.5. Recubrimientos 7.3.2.5. Recubrimientos de protecciónde protección
Recubrimientos deprotección
Bobina con el recubri-miento externo dañado
Fotografías realizadas en los Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijóntalleres de ABB Service - Gijón
7.4. Procesos de 7.4. Procesos de fabricación actuales Ifabricación actuales I
PROCESO RICO EN RESINAPROCESO RICO EN RESINA La mica en forma de láminas se deposita sobre un material La mica en forma de láminas se deposita sobre un material
impregnado con una resina epoxy que polimeriza a alta impregnado con una resina epoxy que polimeriza a alta temperatura temperatura (cinta preimpregnada)(cinta preimpregnada)..
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 calor: Se introduce en un molde al que se le aplica presión y calor:
la temperatura y la presión logran una impregnación 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 termoestable El proceso final de polimerización de la resina termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas temperaturas en se consigue sometiendo el motor a elevadas temperaturas en un horno.un horno.
7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales IIactuales II
PROCESO VPI EN BOBINASPROCESO VPI EN BOBINAS (“Vacuumm Pressure Impregnation”)(“Vacuumm 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 creado El resto del aglomerante se introduce después de haber creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la bobina.el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la 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 a presión para ajustar su forma y tamaño. El curado se realiza a alta temperatura sobre el motor completo.alta temperatura sobre el motor completo.
PROCESO VPI GLOBALPROCESO VPI GLOBAL Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber realizado Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber realizado
el proceso de curado de la resina epoxy.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 tanque.realizadas las conexiones se introduce el estator en un tanque. A continuación, se hace el vacío con lo que el tanque se inunda 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 de resina epoxy. El estator se pasa a otro tanque donde se aplica gas a alta presión y temperatura para producir la aplica gas a alta presión y temperatura para producir la polimerización de la resina.polimerización de la resina.
7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales IIIactuales III
Procesos Procesos VPIVPI
Precalentar el conjunto yPrecalentar el conjunto yhacer vacío en el tanquehacer vacío en el tanque
Esperar tiempo de impreg-Esperar tiempo de impreg-nación y eliminar vacíonación y eliminar vacío
Transferir resina al tanqueTransferir resina al tanquey hacer curado en hornoy hacer curado en horno
Proceso VPI Proceso VPI de VonRoll-Isolade VonRoll-Isola
Transferir resina impreg-Transferir resina impreg-nación debido al vacíonación debido al vacío
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
Motor de 25kW, 200V para Motor de 25kW, 200V para el accionamiento de una el accionamiento de una
bomba.bomba.Fabricado en Pittsburg por Fabricado en Pittsburg por Westinghouse en 1900 en Westinghouse en 1900 en
funcionamiento hasta 1978funcionamiento hasta 1978
Motor de inducción de 1000 Motor de inducción de 1000 kW, 4 kV y 3600 RPM para kW, 4 kV y 3600 RPM para
el accionamiento de un el accionamiento de un compresor. Fabricado por compresor. Fabricado por
Westinghouse en la Westinghouse en la actualidadactualidad
7.5. Aspecto físico de los 7.5. Aspecto físico de los mo-tores asíncronosmo-tores asíncronos Catálogos comercialesCatálogos comerciales
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.5. Aspecto físico II: motores 7.5. Aspecto físico II: motores de BTde BT
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.6. Aspecto físico III: 7.6. Aspecto físico III: formas constructivas formas constructivas
normalizadasnormalizadas
Catálogos comercialesCatálogos 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
W22
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 terminalesCatálogos comercialesCatálogos comerciales
Cabezas deCabezas debobinabobina
RefuerzosRefuerzoscarcasacarcasa
Fijación Fijación cojinetescojinetes
Refuerzos Refuerzos rotorrotor
Núcleo Núcleo magnético magnético
rotorrotor
Núcleo Núcleo magnético magnético
estatorestator
7.8. Despiece de un motor de 7.8. Despiece de un motor de MTMT
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.9. Despiece de un motor de BT
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento Ifuncionamiento I
EL ESTATOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO
POR 3 DEVANADOS POR 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL ESPACIO SEPARADOS EN EL ESPACIO
120º. En la figura se 120º. En la figura se representa sólo una espira de representa sólo una espira de
cada uno de los devanados cada uno de los devanados (RR’, SS’, TT’)(RR’, SS’, TT’)
S
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 CORRIENTES QUE CIRCULAN
POR LAS ESPIRAS SON POR LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y ESTÁN SENOIDALES Y ESTÁN
DESFASADAS 120ºDESFASADAS 120º
)t(CosII maxR 1)ºt(CosII maxS 1201
)ºt(CosII maxT 1201
7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento IIfuncionamiento II
F
Rotor
Estator
Sucesivas posicionesdel campo
Campogiratorio
Avance del campo
Rotor
tPf
2
SNNS
El campo magnético resultante de las tres corrientes de El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es un campo que gira en el espacio a fase es un campo que gira en el espacio a 60*f/P60*f/P RPMRPM. .
Donde Donde PP es el núme-ro de pares de polos del estator es el núme-ro de pares de polos del estator (depende de la forma de conexión de las bobinas que lo (depende de la forma de conexión de las bobinas que lo
forman) y forman) y ff la frecuencia de alimentación. la frecuencia de alimentación.
PfNS
60 Velocidad deVelocidad desincronismosincronismo
7.10. Principio de funcio-7.10. Principio de funcio-namiento III: simulaciónnamiento III: simulación
T=0.340 s
T=0.352 s
T=0.370 s
7.10. Principio de funcio-7.10. Principio de funcio-namiento III: simulaciónnamiento III: simulación
MOTOR DE 2 MOTOR DE 2 PARES PARES
DE POLOSDE POLOS
T=1 S T=1,015 S
Motor Motor asíncronasíncron
oo
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 Biot Ley de Biot y Savarty Savart
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 INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN
CASO CONTRARIO CASO CONTRARIO NO SE INDUCIRÍA FUERZA NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINAELECTROMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINA Y, POR Y, POR
TANTO, NO HABRÍA PAR MOTORTANTO, NO HABRÍA PAR MOTOR
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 VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES PAR MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES EL EL
NECESARIO PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS NECESARIO PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS
7.11. Ventajas de los 7.11. Ventajas de los motores de inducciónmotores de inducción
La única alimentación eléctrica que reciben se hace a La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado través de la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. estatórico. NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTESROZANTES..
El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante.sistema aislante.
Tienen par de arranque.Tienen par de arranque. No tienen problemas de estabilidad ante variaciones No tienen problemas de estabilidad ante variaciones
bruscas de la carga.bruscas de la carga.
VENTAJAS DE LOS MOTORES VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSASÍNCRONOS
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 La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho casos es necesario disponer mayor. En mucho casos es necesario disponer procedimientos especiales de limitación de la corriente procedimientos especiales de limitación de la corriente de arranque.de arranque.
La variación de su velocidad implica la variación de la La variación de su velocidad implica la variación de la frecuen-cia de la alimentación: es necesario disponer de frecuen-cia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor electrónico que convierta la tensión de un convertidor electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de frecuencia variable.red en una tensión de frecuencia variable.
INCONVENIENTES DE LOS MOTORES INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSASÍNCRONOS
EQUIPOEQUIPORECTIFICADORRECTIFICADOR
TRIFÁSICOTRIFÁSICO
EQUIPOEQUIPOINVERSORINVERSORTRIFÁSICOTRIFÁSICO
SISTEMASISTEMADEDE
FILTRADOFILTRADO 3 FASES3 FASES50 Hz50 Hz
3 FASES3 FASESf VARIABLEf VARIABLEBUS DEBUS DE
CCCCONDA ESCALONADAONDA ESCALONADA
DE f VARIABLEDE f VARIABLE
7.12. Deslizamiento en las 7.12. Deslizamiento en las máquinas asíncronasmáquinas asíncronas
100
S
mS(%)S
SS
S
mSm N)S(N)N
NN(N
11
Sm )S( 1
VelocidaVelocidad d
mecánicmecánica del a del rotorrotor
mSdes NNN
PfNS
60
Velocidad de Velocidad de deslizamientodeslizamiento
100100
S
mS
S
desN
NNN
N(%)S
DeslizamientDeslizamientoo
S=0 Velocidad de sincronismoS=0 Velocidad de sincronismoS=1 Rotor paradoS=1 Rotor parado
LOS MOTORES DE INDUCCIÓN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON TRABAJAN SIEMPRE CON
VALORES MUY BAJOS DE S: VALORES MUY BAJOS DE S: S<5%S<5%
7.13. Frecuencia en el rotor 7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas de las máquinas asíncronas
IIFrecuencia Frecuencia
FEM FEM inducidainducida
en el rotoren el rotor
En el límite:En el límite:SS1; N1; Nmm 0 0
En el límite:En el límite:SS0; N0; Nmm N Nss ffrotorrotor f festatorestator ffrotorrotor00
Aumento frecuencia Aumento frecuencia inducida rotorinducida rotor
Disminución Disminución frecuencia inducida frecuencia inducida
rotorrotor
> velocidad > velocidad relativa campo relativa campo respecto rotorrespecto rotor
< velocidad < velocidad relativa campo relativa campo respecto rotorrespecto rotor
AumentoAumentovelocidad velocidad
girogiro
Reducción Reducción velocidad velocidad
girogiro
La misma que la La misma que la velocidad relativa del velocidad relativa del
campo respecto al rotor campo respecto al rotor (S)(S)
7.13. Frecuencia en el rotor 7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas de las máquinas asíncronas
IIII
GIRO EN GIRO EN VACÍO: VACÍO: NNmm N NSS
ffrotorrotor00
ROTOR ROTOR BLOQUEADBLOQUEADO: O: NNmm=0=0
ffrotorrotor f festatorestator estatorrotor fSf Para cualquier Para cualquier
velocidad entre 0 y velocidad entre 0 y NNSS
PfN estator
S
60
estatorS
Srotor fN
NmNf
60NmNPf S
rotor
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona Ila máquina asíncrona I
111 EIjXRU Ss
Xs Rs
U1 E1
I1CIRCUITO CIRCUITO
EQUIVALENTEEQUIVALENTEDEL ESTATOR PARA DEL ESTATOR PARA
CUALQUIER CUALQUIER VELOCIDADVELOCIDAD
DE GIRODE GIRO
ALIMENTADO A ALIMENTADO A ff11
frecuencia de frecuencia de redred
ReactanciReactanciaadispersiódispersiónnestatorestator
ResistenciResistenciaaestatorestator
ReactanciaReactanciamagnetizantmagnetizant
e estatore estator
EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE
CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTE ROTOR EQUIVALENTE ROTOR
CON LA MÁQUINA CON LA MÁQUINA BLOQUEADABLOQUEADA
ALIMENTADO A ALIMENTADO A ff11
frecuencia de frecuencia de redred
XR RR
E2
IRbloqReactanciReactanciaadispersiódispersiónnrotorrotor
ResistenciResistenciaarotorrotor
ReactanciaReactanciamagnetizantmagnetizante rotore rotor
EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE
CON ROTOR BLO-CON ROTOR BLO-QUEADO: QUEADO:
ffrotorrotor=f=festatorestator
bloqRRR IjXRE 2
LA FEM INDUCIDA LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES EN EL ROTOR ES
PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD LA VELOCIDAD
DEL CAMPO DEL CAMPO RESPECTO AL RESPECTO AL ROTOR (S)ROTOR (S)
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona IIla máquina asíncrona IICon el rotor Con el rotor bloqueado bloqueado
se induce se induce EE22
En vacío se En vacío se induce induce 00
A una A una velocidad en-velocidad en-tre 0 y Ntre 0 y NS, S, es es decir a un decir a un
des-des-lizamiento Slizamiento S
SE SE INDUCEINDUCE
::S*ES*E22
La FEM inducida en el rotor para La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N una velocidad cualquiera N
(corres-pondiente a un (corres-pondiente a un deslizamiento Sdeslizamiento S) )
S*ES*E22 S*XR RR
S*E2
IR ReactanciReactanciaadispersiódispersiónnrotorrotor
ResistenciResistenciaarotorrotor
ALIMENTADALIMENTADO O
A: A: ff22=S*f=S*f11
Circuito equivalente para Circuito equivalente para el rotor con deslizamiento el rotor con deslizamiento
SS LA RESISTENCIA ROTÓRICALA RESISTENCIA ROTÓRICARRRR NO VARÍA NO VARÍA CON LA CON LA
FRECUENCIAFRECUENCIAY, POR TANTO, Y, POR TANTO, TAMPOCOTAMPOCO CON CON
SSLA REACTANCIA LA REACTANCIA XXRR VARÍA CON VARÍA CON
S:S:CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES
SS, , XXRR PASA SER PASA SER S*XS*XRR
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona IIIla máquina asíncrona III sRRR ISjXRES 2
RRRR
RsjXS
RE
jXRESI
22
Se puede obtener la misma corriente Se puede obtener la misma corriente en el mismo circuito alimentado a en el mismo circuito alimentado a ff11 con sólo con sólo cambiar Rcambiar RRR por R por RRR/S/S
ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA
ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. LA FRECUENCIA DEL ESTATOR.
BASTA SIMULAR EL EFECTO DEL BASTA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIAGIRO CON LA RESISTENCIA RRRR/S/S
CIRCUITO EQ. ROTOR A CIRCUITO EQ. ROTOR A DESLIZAMIENTO SDESLIZAMIENTO S
S*XR RR
S*E2
IR ReactanciReactanciaadispersiódispersiónnrotorrotor
ResistenciResistenciaarotorrotor
ALIMENTADALIMENTADO O
A: A: ff22=S*f=S*f11
ALIMENTADALIMENTADO O
A: A: ff11
XR
E2
IRSRR
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona IVla máquina asíncrona IVPARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORUNIRÁN LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATOR
SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES
“EQUIVALENTE”“EQUIVALENTE” A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación Transf.=rRotor=Secundario Relación Transf.=rtt))
SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)
X s R s
U 1 E 1
I 1
X R ’
E 2 ’
I R ’
S'R R
122 ErE'E t
X s R s
U 1 E 1
I 1
X R ’
E 2 ’
I R ’
S'R R
122 ErE'E t
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona Vla máquina asíncrona V
COMO COMO EE11=E=E22’’ SE SE PUEDEN PUEDEN
UNIR EN CORTOCIRCUITOUNIR EN CORTOCIRCUITO
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona VIla máquina asíncrona VI
I0 0
I Ife
Componente Componente magnetizantmagnetizantee
Componente Componente de pérdidasde pérdidas X
I
Rfe
Ife
I0
X s R s
U 1
I 1
X R ’I R ’
S'R R
122 ErE'E t
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona VIIla máquina asíncrona VII
S
S'R'RS'R
RRR 1
LA RESISTENCIA LA RESISTENCIA VARIABLE SE VARIABLE SE
PUEDE DIVIDIR EN PUEDE DIVIDIR EN DOS DOS
COMPONENTESCOMPONENTES
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
S'RR
X Rfe
IfeI
I0
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona VIIIla máquina asíncrona VIII
TensiónTensiónde fasede fase
(Estator(Estator))
Resistencia Resistencia cobre rotorcobre rotor
Reactancia Reactancia dispersióndispersiónrotorrotor
ResistenciResistencia a potenciapotenciamecánicamecánicaentregadaentregada
Resistencia Resistencia cobre estator cobre estator
Reactancia Reactancia dispersióndispersión
estatorestator
ReactanciaReactanciamagnetizantemagnetizante
ResistenciaResistenciapérdidas hierropérdidas hierro
CorrientCorrientee
de 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’
X Rfe
IfeI
I0RR’
S
S'RR1
7.14. Circuito equivalente 7.14. Circuito equivalente de de
la máquina asíncrona IXla máquina asíncrona IX
Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la entrada es alta (0,8 aprox)potencia a la entrada es alta (0,8 aprox)
En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 - abierto: el circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 -
0,2 aprox0,2 aprox
Potencia entregadaPotencia entregada
En un motor asíncrono la corriente de vacío no es En un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciabledespreciable
Xs Rs
U1
I1
XR’ IR’
X Rfe
IfeI
I0RR’
S
S'RR1
(T. DE FASE)(T. DE FASE)
CosCos
7.15. Cálculo de las 7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina pérdidas en la máquina
asíncrona Iasíncrona I
23 'IS'RP R
Rg
213 'ISS'RPPP RRrotcugmi
CosI3VP 111 POTENCIA ABSORBIDA DE LA RED POTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICAELÉCTRICA2
13 IRP SestCu PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)(Cu)
fefe R
EP2
13 PÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE PÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CON-CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f CON-CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY BAJAES MUY BAJA
feestCug PPPP 1 POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE LA MÁQUINADE LA MÁQUINA
23 'I'RP RRRotCu PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)(Cu)
La potencia que atraviesa La potencia que atraviesa el entrehierro es la que el entrehierro es la que disipa en la resistencia disipa en la resistencia
total de la rama del rotor total de la rama del rotor (R(RRR’/S)’/S)
POTENCIA MECÁNICA INTER-POTENCIA MECÁNICA INTER-NA: ATRAVIESA EL NA: ATRAVIESA EL ENTREHIE-RRO Y PRODUCE ENTREHIE-RRO Y PRODUCE TRABAJOTRABAJO
Se disipa en la resis-Se disipa en la resis-tencia variabletencia variable
7.15. Cálculo de las 7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina pérdidas en la máquina
asíncrona IIasíncrona II gggrotcugmi PSPSPPPP 1
OTRA FORMA DE OTRA FORMA DE CALCULAR-LA A PARTIR CALCULAR-LA A PARTIR DEL DESLIZA-MIENTODEL DESLIZA-MIENTO
esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU
PAR INTERNO: EL PAR PAR INTERNO: EL PAR TOTAL DESARROLLADO TOTAL DESARROLLADO INTERNA-MENTE POR LA INTERNA-MENTE POR LA MÁQUINAMÁQUINA
Velocidad Velocidad angular de giro angular de giro del rotordel rotor
S
ggmii
PPSPT
1
Velocidad Velocidad angular de angular de sincronismosincronismo
PAR ÚTILPAR ÚTIL: EL PAR QUE ES : EL PAR QUE ES CAPAZ DE DESARROLLAR CAPAZ DE DESARROLLAR EL MOTOR EN EL EJEEL MOTOR EN EL EJE
UU
PT
jXs Rs jXR’ IR’
S'RR
jX
A
B
U1
I1
+
7.16. Cálculo del par de 7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona Iuna máquina asíncrona I
CALCULANDO CALCULANDO EL EL
EQUIVALENTE EQUIVALENTE THEVENIN THEVENIN
ENTREENTRE A y B A y B
Se puede Se puede despreciar Rdespreciar Rfefe
jXth Rth jXR’ IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+
XXjRjXUVSS
th1
XXjRjXjXRZ
SS
SSth
7.16. Cálculo del par de 7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona IIuna máquina asíncrona II
22
'XXS'RR
V'I
RthR
th
thR
jXth Rth jXR’ IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+ 'XXjS
'RRV'I
RthR
th
thR
22
2
23
3'XXS
'RR
S'RV
'IS'RP
RthR
th
Rth
RR
g
)S(fTi 2
2
23
'XXS
'RR
S'RVP
T
RthR
th
Rth
SS
gi
7. 17. Curvas de respuesta 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad Imecánica par - velocidad I
1 Deslizamiento S
Par
Par deArranque
Par máximo
Par Nominal
0
Velocidad desincronismo
Motor GeneradorFrenoS>1S>1 0<S<10<S<1 S<0S<0
Zona de funcionamiento estable Zona de funcionamiento estable como motorcomo motor
)S(fTi 221 ,T
Tnom
arr
7281 ,,TT
nom
max
7. 17. Curvas de respuesta 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad IImecánica par - velocidad II
La característica mecánica de los motores de La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena
cargacarga
El 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 El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marchapara permitir que el motor se ponga en marcha
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 - velocidad IIImecánica par - velocidad III
Banda de Banda de dispersiódispersió
nn
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.17. Curvas de respuesta 7.17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad IVmecánica par - velocidad IV
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.18. Par máximo de un 7.18. Par máximo de un motor de inducción Imotor de inducción I
jXth Rth jXR’
IR’
S'RR
A
B
Vth
I1
+
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 la máxima máxima potenciapotencia
22 'XXRS'R
RththR
TEOREMA TEOREMA TRANSFERENCITRANSFERENCI
A MÁX. POTA MÁX. POT
22 'XXR'RS
Rthth
RTMAX
22
2
2
3
'XXRR
VTRthththS
thmax
7.18. Par máximo de un 7.18. Par máximo de un motor de inducción IImotor de inducción II
Resistencia rotórica crecienteResistencia rotórica creciente
SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3
ParPar
SS
22 'XXR'RS
Rthth
RTMAX
EL deslizamiento al EL deslizamiento al que se produce el que se produce el
par máximo par máximo SÍ SÍ DEPENDE DE RDEPENDE DE RRR’’
Esta propiedad se usa para el Esta propiedad se usa para el arran-que mediante inserción de arran-que mediante inserción de
resisten-cias en máquinas de resisten-cias en máquinas de rotor bobinadorotor bobinado
El par máximo El par máximo NO depende de NO depende de la resistencia la resistencia rotórica Rrotórica RRR’’
22
2
2
3
'XXRR
VTRthththS
thmax
7.19. Ensayo de rotor libre7.19. Ensayo de rotor libre
S
S-1'R :0S Si R
Xs Rs
U1
I0
XR’
X Rfe
Ife I
RR’
En vacío SEn vacío S0:0:
Al no circular corriente por RAl no circular corriente por RRR’ puede considerarse ’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo
las del estatorlas del estator
00
3I
VZ
Línea
20
00 3 I
PR
XXRZX s2
02
00
I0(t)
Motor girando sin Motor girando sin cargacarga
Condiciones Condiciones ensayo:ensayo:
W1W1
W2W2
AU1(t)
++
++
++
V y f V y f nominalesnominales
ZZ00
ImpedanciImpedancia por fase a por fase del motordel motor000 jXRZ
femecestcu PPPWWP 210
7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado Ibloqueado I
I1n(t)
Rotor Rotor bloqueadobloqueado
Condiciones Condiciones ensayo:ensayo:
W1W1
W2W2
AUcc(t)
++
++
++
V reducida e I V reducida e I nominalnominal
V
El ensayo se realiza El ensayo se realiza subiendo gradualmente la subiendo gradualmente la tensión de ali-mentación tensión de ali-mentación hasta que la corrien-te hasta que la corrien-te
circulante sea la nominalcirculante sea la nominal
3ccU
Xs Rs
I1n
XR’ RR’
Se puede Se puede despreciar la rama despreciar la rama
paraleloparalelo
Tensión de Tensión de ensayoensayo
muy reducidamuy reducida
Corriente por XCorriente por Xdespreciabledespreciable
Muy Muy pocas pocas
pérdidas pérdidas FeFe
RRfe fe despreciabldespreciabl
ee
ZZcccc
cccccc jXRZ
'RRR Rscc
'XXX Rscc Se eliminaSe elimina
rama paralelorama paralelo
7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado IIbloqueado II
Xs Rs
I1n
XR’ RR’
3ccU
Se puede Se puede despreciar la rama despreciar la rama
paraleloparaleloZZcccc
rotcuestcucc PPWWP 21
n
cc
cc I
UZ
1
3 213 n
cccc I
PR
CÁLCULO CÁLCULO PARÁMETROS PARÁMETROS
CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTEEQUIVALENTE
'XX,'X RSR 60 'XX,'X RSR 70
'XX RS 'XX,X RSS 40 'XX,X RSS 30
'XX RS
XXSS yy
XXRR’’
Regla empírica según tipo de Regla empírica según tipo de motormotor
MOTOR CLASE MOTOR CLASE A:A:MOTOR CLASE MOTOR CLASE B:B:MOTOR CLASE MOTOR CLASE C:C:MOTOR CLASE MOTOR CLASE D:D:
RRSS Se obtiene por medición Se obtiene por medición directa sobre los devanados del directa sobre los devanados del
estatorestator
CÁLCULO CÁLCULO PARÁMETROS PARÁMETROS
CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTEEQUIVALENTE
7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado IIIbloqueado III
SXXX 0XX
Después de aplicar la Regla Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener empírica anterior para obtener
las reactancias de rotor y estator las reactancias de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo se aplica el resultado del ensayo
de vacíode vacío
RRRR’’Se obtiene restando a RSe obtiene restando a RCCCC
(Ensayo de rotor bloqueado) el (Ensayo de rotor bloqueado) el valor de Rvalor de RSS (medición directa) (medición directa)
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
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos Iasíncronos I
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 6Polos: 6
Velocidad Velocidad de de sincronismsincronismoo
CorrienteCorrientede vacíode vacío
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
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos IIasíncronos II
Velocidad Velocidad de de sincronismsincronismoo
Potencia eléctrica Potencia eléctrica consumida plena consumida plena
cargacarga
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: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos IIIasíncronos III
Velocidad Velocidad de de sincronismsincronismoo
RendimientRendimiento en vacíoo en vacío
RendimientRendimiento a plena o a plena
cargacarga
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: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos IVasíncronos IV
Velocidad Velocidad de de sincronismsincronismoo
fdp en fdp en vacíovacío
fdp a fdp a plena 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)
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 6Polos: 6
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos Vasíncronos V
Velocidad Velocidad de de sincronismsincronismoo
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos VIasíncronos VI
VELOCIDADES DE GIRO TÍPICASVELOCIDADES DE GIRO TÍPICAS Fuente: ABB – Fuente: ABB – “Guide for selecting a motor”“Guide for selecting a motor”
NÚMERODE POLOS
VELOCIDADSINCRONISMO (RPM)
VELOCIDAD TÍPICAPLENA CARGA
2 3000 29004 1500 14406 1000 9608 750 72010 600 58012 500 48016 375 360
Evolución de la temperatura de los devanados desde Evolución de la temperatura de los devanados desde
el arranque hasta el régimen permanente térmicoel arranque hasta el régimen permanente térmico
7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores
asíncronos VIIasíncronos VII
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 6Polos: 6
Tª 114 ºC:Tª 114 ºC:Motor Clase F: Motor Clase F: Tª max= 155 Tª max= 155 ºCºC
7.22. Control de las 7.22. Control de las características mecánicas de los características mecánicas de los
motores de inducción mediante el motores de inducción mediante el diseño del rotor Idiseño del rotor I
Resistencia rotórica Resistencia rotórica crecientecreciente
SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3
ParPar
SS
EL RENDIMIENTO DEL EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJOMOTOR ES BAJO
Si la resistencia rotórica es Si la resistencia rotórica es elevada el par de arranque del elevada el par de arranque del
motor también lo esmotor también lo es
Si la resistencia rotórica es Si la resistencia rotórica es elevada el par máximo del elevada el par máximo del
motor aparece con motor aparece con deslizamiento elevadodeslizamiento elevado
gmi PSP 1
Si el deslizamiento es elevado Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna la potencia mecánica interna
es bajaes baja
7.22. Control de las 7.22. Control de las características mecánicas de los características mecánicas de los
motores de inducción mediante el motores de inducción mediante el diseño del rotor IIdiseño del rotor II
Motor con Motor con RRRR’ elevada’ elevada
Motor con Motor con RRRR’ baja’ baja
Buen par de Buen par de arranquearranque
Bajo rendimientoBajo rendimientoBajo par de Bajo par de arranquearranque
Buen rendimientoBuen rendimiento SOLUCIÓNSOLUCIÓN
MOTOR DE ROTOR MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN BOBINADO: VARIACIÓN
DE LA RESISTENCIA DE LA RESISTENCIA ROTÓRICAROTÓRICA
DISEÑO DE UN ROTOR DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS CON CARACTERÍSTICAS
ELÉCTRICAS ELÉCTRICAS VARIABLES SEGÚN LA VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIROVELOCIDAD DE GIRO
Barras de Barras de pequeña secciónpequeña sección
Alta Alta resistencia, resistencia,
baja reactancia baja reactancia de dispersiónde dispersión
Barras de Barras de ranura ranura
profundaprofunda
Resistencia Resistencia baja elevada baja elevada reactancia de reactancia de
dispersióndispersión
Doble jaulaDoble jaula
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 7.22. Control de las características mecánicas de los características mecánicas de los
motores de inducción mediante el motores de inducción mediante el diseño del rotor IIdiseño del rotor II
La sección y geometría de las barras rotóricas La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus propiedades eléctricas y la forma de determina sus propiedades eléctricas y la forma de
variación de éstas con la velocidad de giro de la variación de éstas con la velocidad de giro de la máquinamáquina
A menor A menor sección sección mayor mayor
RRRR’’
7.22. Control de las 7.22. Control de las características mecánicas de los características mecánicas de los
motores de inducción mediante el motores de inducción mediante el diseño del rotor IIIdiseño del rotor III
Ranura Ranura estatóricestatóric
aa Circuito equivalente de Circuito equivalente de una barra rotóricauna barra rotórica
ResistenciaResistencia Reactancia Reactancia dispersióndispersión
La reactancia de dispersión La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad aumenta con la profundidad = que el flujo de dispersión= que el flujo de dispersión
Flujo de Flujo de dispersión: se dispersión: se concentra hacia concentra hacia el interiorel interior
ffrotorrotor ELEVADAELEVADA
ARRANQUEARRANQUE SS VALORES VALORES
ELEVADOSELEVADOS
Reducción Reducción sección útil: sección útil: aumento Raumento RRR’’
Aumento Aumento del par de del par de arranquearranque
Efecto de la Efecto de la reactancia de reactancia de
dispersión dispersión ((22ffrotorrotor*L*Ldispersióndispersión))
MUY ACUSADOMUY ACUSADO
La corriente circula La corriente circula sólo por la parte sólo por la parte
más externa de la más externa de la barrabarra
CONDICIONECONDICIONES NOMINALESS NOMINALES
SS VALORES VALORES
BAJ0SBAJ0S
ffrotorrotor BAJABAJA
Mejora del Mejora del rendimientrendimient
oo
Aumento Aumento sección util: sección util: Reducción Reducción RRRR’ y Par’ y Par
La corriente circula La corriente circula por toda la sección por toda la sección
de la barrade la barra
Efecto de la Efecto de la reactancia de reactancia de
dispersión dispersión ((22ffrotorrotor*L*Ldispersióndispersión))
MUY POCO MUY POCO ACUSADOACUSADO
DURANTE EL DURANTE EL ARRANQUE CIRCULA ARRANQUE CIRCULA
UN 41,93% DE LA UN 41,93% DE LA CORRIENTE POR LA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA ZONA ROJA DE LA
BARRABARRA
DURANTE EL DURANTE EL FUNCIONA-MIENTO EN FUNCIONA-MIENTO EN
CONDICIO-NES CONDICIO-NES NOMINALES CIRCU-LA NOMINALES CIRCU-LA
UN 24,35% DE LA UN 24,35% DE LA CORRIENTE POR LA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA ZONA ROJA DE LA
BARRABARRA
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
Simulación del efecto realSimulación del efecto real
MOTOR SIMULADOMOTOR SIMULADOFabricante: Fabricante: SIEMENSSIEMENSPotencia: 11 kWPotencia: 11 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 22 ACorriente: 22 AVelocidad : 1450 Velocidad : 1450 RPMRPMPolos: 4Polos: 4
LÍNEAS DE CAMPO DURANTE LÍNEAS DE CAMPO DURANTE EL ARRANQUEEL ARRANQUE
LÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA-LÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA-MIENTO NOMINALMIENTO NOMINAL
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 7.23. Clasificación de los motores según el tipo de motores según el tipo de
rotor: Normas NEMA Irotor: Normas NEMA I
Clase BClase B
Clase AClase A
Clase CClase CClase DClase D
T/TnomT/Tnom
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 Corriente arranque
elevada 5 – 8 Inelevada 5 – 8 In Rendimiento altoRendimiento alto Uso en bombas, Uso en bombas,
ventiladores, máquina ventiladores, máquina herramienta, etc, hasta herramienta, etc, hasta 5,5 kW5,5 kW
Para potencias > 5,5 kW Para potencias > 5,5 kW se usan sistemas de se usan sistemas de arranque para limitar la arranque para limitar la corrientecorriente
MOTOR CLASE AMOTOR CLASE A
Par arranque similar clase Par arranque similar clase AA
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 Aplicaciones similares al
clase A pero con < I clase A pero con < I arranquearranque
Son LOS MÁS UTILIZADOSSon LOS MÁS UTILIZADOS
MOTOR CLASE BMOTOR CLASE B Par arranque elevado (2 Par arranque elevado (2
veces Tnom aprox.)veces Tnom 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 < clase ATmax < clase A
MOTOR CLASE C (Doble jaula)MOTOR CLASE C (Doble jaula)
Par arranque muy elevado (> 3 Tnom)Par arranque muy elevado (> 3 Tnom) Corriente de arranque bajaCorriente de arranque baja Par nominal con S elevado (7 –17%)Par nominal con S elevado (7 –17%) Rendimiento bajoRendimiento bajo Aplicación en accionamientos Aplicación en accionamientos
intermitentes que requieren acelerar intermitentes que requieren acelerar muy rápidomuy rápido
MOTOR CLASE DMOTOR CLASE D
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 IINEMA II
7.24. Características 7.24. Características mecánicas de las cargas más mecánicas de las cargas más habituales de los motores de habituales de los motores de
induccióninducción Bombas centrífugasBombas centrífugas Compresores Compresores
centrífugoscentrífugos Ventiladores y Ventiladores y
soplantessoplantes CentrifugadorasCentrifugadoras
TTRR=K*N=K*N22
PrensasPrensas Máquinas Máquinas
herramientasherramientas
TTRR=K*N=K*N
Máquinas elevaciónMáquinas elevación Cintas transportadorasCintas transportadoras Machacadoras y Machacadoras y
trituradorastrituradoras Compresores y bombas Compresores y bombas
de pistonesde pistones
TTRR=K=K
BobinadorasBobinadoras Máquinas fabricación Máquinas fabricación
chapachapa
TTRR=K/N=K/NTR=K
TR=K/ N
TR=K*NTR=K*N2
N
TR
7.25. El arranque de los 7.25. El arranque de los motores asíncronos Imotores asíncronos I
Arranque enArranque envacíovacío
Arranque aArranque aplena cargaplena carga
Corriente Corriente máximamáxima
Corriente Corriente máximamáxima
Corriente de Corriente de vacíovacío
tras alcanzar tras alcanzar velocidad velocidad máximamáxima
Corriente Corriente nominalnominal
tras alcanzar tras alcanzar velocidad velocidad máximamáxima
Duración del arranque
Duración del arranque
LA CORRIENTE LA CORRIENTE MÁXIMA NO DE-MÁXIMA NO DE-
PENDE DE LA PENDE DE LA CARGACARGA
Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 Velocidad : 946 RPMRPMPolos: 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 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 necesario disponer procedimientos específicos para el
arranquearranqueSólo válido en motores Sólo válido en motores pequeños o en las centrales pequeños o en las centrales eléctricaseléctricasSólo válido en motores de Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos rotor bobinado y anillos rozantesrozantesEl método más barato y El método más barato y utilizadoutilizado
Reducción de la tensión Reducción de la tensión durante el arranque durante el arranque mediante autotrafomediante autotrafo
Gobierno del motor durante Gobierno del motor durante el arranque por equipo el arranque por equipo electrónicoelectrónico
Métodos Métodos de de
arranquearranque
Arranque directo de la redArranque directo de la red
Arranque mediante Arranque mediante inserción de resistencias inserción de resistencias
en el rotoren el rotorArranque estrella – Arranque estrella –
triángulotriánguloArranque con Arranque con
autotransformadorautotransformador
Arranque con Arranque con arrancadores estáticosarrancadores estáticos
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 'XX'RRV'I
RthRth
tharranqueR
PAR DE ARRANQUEPAR DE ARRANQUE
Par de un motor Par de un motor asíncrono. asíncrono.
En el arranque En el arranque S=0S=0
Corriente rotórica. Corriente rotórica. En el arranque En el arranque S=0S=0
22
23
'XXS
'RR
S'RVP
T
RthR
th
Rth
SS
gi
22
23'XX'RR
'RVPT
RthRth
Rth
SS
gArranque
23ArranqueRR
SArranque 'I'RT
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos V: arranque por asíncronos V: arranque por inserción de resistencias inserción de resistencias
rotóricasrotóricasResistencia rotórica Resistencia rotórica crecientecreciente
RRRR’’11
ParPar
SS
RRRR’’22
RRRR’’33
Para el Para el arranque de la arranque de la
máquina se máquina se introducen introducen resistencias resistencias
entre los anillos entre los anillos rozantes que se rozantes que se van eliminando van eliminando
conforme conforme aumenta la aumenta la
velocidad de velocidad de girogiro
Sólo vale para los motores de rotor bobinado Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos rozantesy anillos rozantes
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VI: arranque asíncronos VI: arranque
mediante autotrafomediante autotrafo
C3
M
C2
C1
RST
Para el arranque de la máquina Para el arranque de la máquina se introduce un se introduce un
autotransformador reductor autotransformador reductor (rt>1) (rt>1)
Inicialmente C1 y C2 están cerrados: Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión el motor arranca con la tensión
reducidareducida En las proximidades de plena carga En las proximidades de plena carga
C2 se abre: el motor soporta una C2 se abre: el motor soporta una tensión ligeramente inferior a la red tensión ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el debido a las caídas de tensión en el
devanado del autotrafodevanado del autotrafo
Se cierra C3: el motor soporta toda Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la redla tensión de la red
C3
M
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
- triángulo- triánguloXs RsIarr XR’ RR’
3líneaV Se Se
desprecia la desprecia la rama en rama en paraleloparalelo
S=1S=1
Circuito equivalente del motor Circuito equivalente del motor durante el arranquedurante el arranque
ZccIarr
3líneaV
CC
línea
arranque Z
V
I 3
El arranque estrella - triángulo consiste en conectar los El arranque estrella - triángulo consiste en conectar los devanados del motor en estrella para arrancar la máquina devanados del motor en estrella para arrancar la máquina
conmutando a conexión en triángulo una vez que la máquina conmutando a conexión en triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad ha elevado su velocidad
El motor conectado en estrella consume menos corriente y El motor conectado en estrella consume menos corriente y entrega menos par. De este modo, se limita la corriente de entrega menos par. De este modo, se limita la corriente de
arranque. arranque.
7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella asíncronos VII: arranque estrella
- triángulo- triánguloR
ST
Zcc
Zcc
Zcc
3líneaV
Iarr-estrella
Vlínea
R
ST
Z c c
Z c cZ c c
3triánguloarrI Ia r r - tr iá n g u lo
V lí n e a
CC
línea
estrellaarr Z
V
I 3 CC
líneatriánguloarr Z
VI 3
3triánguloarr
estrellaarrII
Esta relación es válida para las dos conexiones. Esta relación es válida para las dos conexiones. La corriente que aparece en ella es la que La corriente que aparece en ella es la que
circula por Zcircula por Zcccc
estrellaarrtriánguloarr TT 3
R
ST
Zcc
Zcc
Zcc
3líneaV
Iarr-estrella
Vlínea
R
ST
Z c c
Z c cZ c c
3triánguloarrI Ia r r - tr iá n g u lo
V lí n e a
3triánguloarr
estrellaarrII
23ArranqueRR
SArranque 'I'RT
23estrellaArrRR
SestrellaArr 'I'RT
2
33
triánguloArrR
RS
triánguloArr'I
'RT
Arrancadores estáticos con microprocesador de Arrancadores estáticos con microprocesador de potencias hasta 2500 kW 7200Vpotencias hasta 2500 kW 7200V
Arrancador 90 kW 690VArrancador 90 kW 690V
Arrancador 4 kWArrancador 4 kW Arrancador para Arrancador para aplicaciones aplicaciones
navales y navales y militaresmilitares
ArrancadorArrancadoreses
estáticosestáticos
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.26. El frenado eléctrico 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos de los motores asíncronos
IIExisten aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un Existen aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un par de frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: par de frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, ascensores, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este caso, las propiedades eléctricas de la máquina etc. En este caso, las propiedades eléctricas de la máquina
se utilizan para lograr el frenado.se utilizan para lograr el frenado.
FRENADO REGENERATIVO O POR FRENADO REGENERATIVO O POR RECUPERACIÓN DE ENERGÍARECUPERACIÓN DE ENERGÍA
FRENADO POR CONTRACORRIENTE FRENADO POR CONTRACORRIENTE O CONTRAMARCHAO CONTRAMARCHA
FRENADO DINÁMICO (Por FRENADO DINÁMICO (Por inyección de CC)inyección de CC)
TIPOS DE TIPOS DE FRENADO FRENADO
ELÉCTRICOELÉCTRICO
Par resistentePar resistente
Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)
ParPar
Curva de Curva de funcionamientfuncionamient
o con o con 2P2P polospolos
Curva de Curva de funcionamientfuncionamiento con o con PP polos polos
NNsPsPNNs2Ps2PFRENADO FRENADO REGENERATIVOREGENERATIVO
7.26. El frenado eléctrico 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos de los motores asíncronos
IIII
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 2P2P polos. El frenado se consigue polos. El frenado se consigue al convertirse el motor en al convertirse el motor en
generadorgenerador. La energía generada se disipa en resistencias o se . La energía generada se disipa en resistencias o se devuelve a la reddevuelve a la red
PfN Ps
602
PsPs NPf
PfN 22602
2
60
7.26. El frenado eléctrico 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos de los motores asíncronos
IIIIIIMM
RRSSTT
MMRRSSTT
Funcionamiento Funcionamiento normal: giro en un normal: giro en un
sentidosentido
Frenado a Frenado a contracorrientecontracorriente: :
inver-sión del inver-sión del sentido de girosentido de giro
Par resistentePar resistente
CorrienteCorrienteGiro Giro horariohorario
Giro Giro anti- anti-
horariohorario
ZONA ZONA DE DE FRENOFRENO
S>S>11
SS
S
S
SNN
NNN
NNNS
1
21 SS
Par de frenado bajoPar de frenado bajo Frenado en zona Frenado en zona
inesta-ble de la curva inesta-ble de la curva Par-SPar-S
Corriente durante el Corriente durante el fre-nado muy altafre-nado muy alta
Solicitación del rotor Solicitación del rotor muy elevadamuy elevada
Necesario construcción Necesario construcción especialespecial
LIMITACIONESLIMITACIONES
7.26. El frenado eléctrico 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos de los motores asíncronos
IVIVEl El FRENADO DINÁMICOFRENADO DINÁMICO consiste en dos acciones sobre el consiste en dos acciones sobre el
funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en alterna e inyección de CC por el estator.alterna e inyección de CC por el estator.
La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo que genera un par de frenadofijo que genera un par de frenado
Equipo para el frenado Equipo para el frenado de motores asíncronos de motores asíncronos
por inyección de CC por inyección de CC (Potencia 315 kW)(Potencia 315 kW)
Catálogos comercialesCatálogos comercialesResistencias para frenado Resistencias para frenado
reostático de motoresreostático de motores
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.27. Cálculo de tiempos de 7.27. Cálculo de tiempos de arranque y frenado arranque y frenado dmrJ 2 2mKg
Momento de inercia de un Momento de inercia de un cuerpo de masa cuerpo de masa mm
respecto a un eje. respecto a un eje. rr es la es la distancia al ejedistancia al eje
dtdJJTT argcmotR
Ecuación de la dinámica de Ecuación de la dinámica de rotación: rotación: TT es el par motor, es el par motor, TTRR el el par resistente par resistente JJmotmot el momento el momento
de inercia del motor, de inercia del motor, JJcargcarg el de la el de la carga y carga y la pulsación de giro la pulsación de giro
dTTJJt
nominal
R
argcmotarranque
0
Integrando la Integrando la ecuación se ecuación se
obtiene el tiempo obtiene el tiempo de arranquede arranque
dTTTJJt
nominalfrenoR
argcmotfrenado
0 TTRR+ T+ Tfrenofreno es el es el
par resistente par resistente total si se incluye total si se incluye un procedimiento un procedimiento
adicional de adicional de frenadofrenado
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 velocidad de giro de la máquinala máquina
Variación de la Variación de la velocidad del velocidad del
campo giratoriocampo giratorio
Variar Variar PP
Variar fVariar f
Cambio en Cambio en la conexión la conexión del estatordel estator
Variación Variación discreta de discreta de la velocidadla velocidad
Sólo posible 2 o Sólo posible 2 o 3 velocidades 3 velocidades
distintasdistintas
Motores Motores con con
devanados devanados especialesespeciales
Equipo Equipo eléctrónico eléctrónico para variar para variar
frecuencia de frecuencia de redred
Control de Control de velocidad en velocidad en
cualquier cualquier rango para rango para cualquier cualquier
motormotor
PfNS
60
7.28. La variación de 7.28. La variación de velocidad de los motores velocidad de los motores asíncronos II: métodos asíncronos II: métodos
particularesparticularesResistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente
RRRR’’11
ParPar
SS
RRRR’’22
RRRR’’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 Variación de la velocidadvelocidad
0,8V0,8Vnn
VnVn
Reducción Reducción tensióntensión
ParPar
SS
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 7.28. La variación de velocidad de los motores velocidad de los motores
asíncronos III: Variación de la asíncronos III: Variación de la frecuenciafrecuencia
ffnn
Reducción Reducción frecuenciafrecuenciaParPar
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA FRECUENCIAVARIACIÓN DE LA FRECUENCIA
NNSS
0,75f0,75fnn
0,75N0,75NSS
0,5f0,5fnn
0,5N0,5NSS
SS
PfNS
60
VARIANDO DE FORMA VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE CONTINUA LA FRECUENCIA SE
PUEDE VARIAR DE FORMA PUEDE VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDADCONTÍNUA LA VELOCIDAD
Al reducir la frecuencia aumenta Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la el flujo. Para evitar que la
máquina se sature es necesario máquina se sature es necesario mantener la relación mantener la relación V/f V/f
constanteconstante: al disminuir f se : al disminuir f se aumenta V y viceversaaumenta V y viceversa
7.28. La variación de 7.28. La variación de velocidad de los motores velocidad de los motores
asíncronos III: variación de la asíncronos III: variación de la frecuenciafrecuencia
Rectificador 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
Funcionamiento del Funcionamiento del inversor Iinversor I
Tensión del rectificador sin filtroTensión del rectificador sin filtro Tensión del rectificador con filtroTensión del rectificador con filtro
La tensión después La tensión después del condensador es del condensador es
continuacontinua
Funcionamiento del Funcionamiento del inversor IIinversor II
El disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica El disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocida como conocida como PWMPWM ( (Pulse width modulation) Pulse width modulation) que consiste que consiste en comparar una señal (portadora) triangular con una señal en comparar una señal (portadora) triangular con una señal
(moduladora) senoidal(moduladora) senoidalDe esta comparación se obtiene una señal similar a la De esta comparación se obtiene una señal similar a la
senoidal pero escalonada para cada una de las fases del senoidal pero escalonada para cada una de las fases del inversorinversor
Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es posible obtener señales de distinta portadora es posible obtener señales de distinta
frecuencia y tensión a la salida del inversorfrecuencia y tensión a la salida del inversor
Rmot Smot Tmot
Bus detensióncontínua
El inversor haciendo El inversor haciendo conmutar los IGBT’s conmutar los IGBT’s “trocea” “trocea” la tensión la tensión
continua con la que es continua con la que es alimentadoalimentado
Funcionamiento del inversor Funcionamiento del inversor IIIIII
1/f1
-1
0
1
0 1/2f1
A
1/f1
-1
0
1
0 1/2f1
B
Rmot Smot Tmot
Bus detensióncontínua
20 mS0
Señales Señales modula-dora y modula-dora y
portadoraportadora
TENSIÓN DE TENSIÓN DE SALIDA EN SALIDA EN LA FASE RLA FASE R
11
22
Cuando triangular Cuando triangular < senoidal dispara < senoidal dispara
el 1el 1
Inversor 55 kW Inversor 55 kW 0 – 400 Hz para 0 – 400 Hz para
motor asíncrono con motor asíncrono con control vectorialcontrol vectorial
Inversor 0,75 kW Inversor 0,75 kW 0 – 120 Hz para 0 – 120 Hz para
control de máquina control de máquina herramientaherramienta
Inversor 2,2kW Inversor 2,2kW 0 – 400Hz de 0 – 400Hz de
propósito propósito generalgeneral
Convertidor Convertidor para motor de para motor de
CCCC
VariadoresVariadoresde de
velocidadvelocidad
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
7.29. Selección de un 7.29. Selección de un motor para una aplicación motor para una aplicación
específicaespecíficaSELECCIONAR 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 PARA ARRASTRA LA
CARGACARGASELECCIONAR SELECCIONAR
VELOCIDAD (P) EN VELOCIDAD (P) EN FUNCIÓN VELOCIDAD FUNCIÓN VELOCIDAD
CARGACARGA
SELECCIONAR FORMA SELECCIONAR FORMA NORMALIZADA DE NORMALIZADA DE
MONTAJE EN FUNCIÓN MONTAJE EN FUNCIÓN DE UBICACIÓNDE UBICACIÓN
SELECCIONAR CLASE DE SELECCIONAR CLASE DE AISLAMIENTO EN AISLAMIENTO EN
FUNCIÓN Tª ESPERADA Y FUNCIÓN Tª ESPERADA Y AMBIENTE DE TRABAJO AMBIENTE DE TRABAJO
SELECCIONAR SELECCIONAR CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA
MECÁNICA EN FUNCIÓN MECÁNICA EN FUNCIÓN DE PAR DE ARRANQUE Y DE PAR DE ARRANQUE Y
RESISTENTE DE LA RESISTENTE DE LA CARGACARGA
ABB – ABB – “Guide for selecting a motor”“Guide for selecting 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 puede utilizar como
generadorgenerador
Por encima de la Por encima de la velocidad de sincronismo velocidad de sincronismo
el par se vuelve el par se vuelve resistente y entrega resistente y entrega
energía eléctricaenergía eléctricaLos generadores asíncronos Los generadores asíncronos se utilizan en sistemas de se utilizan en sistemas de
generación donde la fuente generación donde la fuente primaria es muy variable: primaria es muy variable: energía eólica e hidraúlicaenergía eólica e hidraúlica
La máquina asíncrona La máquina asíncrona convierte energía convierte energía
mecánica en eléctrica mecánica en eléctrica siempre que trabaja por siempre que trabaja por encima de la velocidad encima de la velocidad de sincronismo. NO ES de sincronismo. NO ES NECESARIO QUE GIRE A NECESARIO QUE GIRE A VELOCIDAD CONSTANTEVELOCIDAD CONSTANTEEn la actualidad existen En la actualidad existen
máquinas con doble máquinas con doble alimentación rotor – estator alimentación rotor – estator
para mejorar el rendimiento en para mejorar el rendimiento en generación eólica e hidráulicageneración eólica e hidráulica