Motores de induccion

CAPITULO 1. Motores de Inducción.

1.1 Introducción. Los motores asíncronos o de inducción, son prácticamente motores trifásicos. Están basados en el accionamiento de una masa metálica por la acción de un campo giratorio. Están formados por dos armaduras con campos giratorios coaxiales: una es fija, y la otra móvil. También se les llama, respectivamente, estator y rotor [2]. El devandado delrotor, que conduce la corriente alterna que se produce por inducción desde el devanado del estator conectado directamente, consiste de conductores de cobre o aluminio vaciados en un rotor de laminaciones de acero. Se instalan anillos terminales de cortocircuito en ambos extremos de la “jaula de ardilla” o bien en uno de los extremos en el caso del rotor devanado [6]. Los motores de inducción derotor devanado son menos utilizados, debido a su mayor costo, y a que requieren de más mantenimiento que los de jaula de ardilla.

1.2 Producción del campo magnético rotatorio. Debido a que el sistema eléctrico industrial utiliza fuentes trifásicas de energía, la máquina de inducción se construye normalmente con tres devanados, distribuidos y desfasados espacialmente 120°. En cada una de las tresbobinas desfasadas espacialmente, se inyectan corrientes alternas senoidales desfasadas en el tiempo 120° unas de otras [7]. Cada bobina produce un campo magnético estático en el espacio. La amplitud de este campo se encuentra en la dirección del eje magnético de la bobina y varía senoidalmente en el tiempo. La combinación de los campos pulsantes producidos por las

1

tres corrientesdesfasadas temporalmente, circulando por las tres bobinas desfasadas espacialmente, se traduce en un campo magnético distribuido senoidalmente en el espacio, que rota a la velocidad de variación de las corrientes en el tiempo (figura 1.1) [7].

Figura 1.1. Distribución senoidal del campo magnético rotatorio [7].

Puesto que el periodo o intervalo de tiempo de la variación senoidal de la corriente es elmismo en los conductores, la velocidad del campo magnético rotatorio (S), varía directamente con la frecuencia (f), pero inversamente con el número de polos (P) :

S = 120 f / P = 120 f / 2n

(1.1)

Ya que el número de polos sólo depende de n, o sea el devanado que se emplee, la velocidad es en realidad una función de la frecuencia [6].

1.2.3 Desarrollo del par inducido. Cuando seaplican al estator un conjunto trifásico de voltajes, se generan un conjunto de corrientes trifásicas que producen un campo magnético BS que rota en

2

dirección contraria a las manecillas del reloj. Éste induce voltaje en las barras del rotor, y este voltaje está dado por la ecuación:

eind = (v × B) ⋅ l

(1.2)

en donde v es la velocidad de la barra, relativa al campo magnético; B es elvector de densidad de flujo magnético; y l, la longitud del conductor en el campo magnético. El movimiento relativo del rotor con respecto al campo magnético del estator (Bs) induce voltaje en una barra del rotor. El flujo magnético del rotor produce un campo magnético del rotor BR. El par en la máquina, τ ind , está dado por:

τ ind = kBR × BS

(1.3)

y la dirección es en sentido contrario alas manecillas del reloj, por lo tanto el rotor se acelera en esa dirección. En operación normal, los campos magnéticos del estator y del rotor giran a la velocidad sincrónica, mientras que el rotor gira a una velocidad menor [9].

1.3 Deslizamiento de la máquina de inducción. El deslizamiento de una máquina de inducción, se define como la velocidad relativa entre el campo magnético producidopor las corrientes inyectadas en el estator y la velocidad mecánica del rotor, por unidad de la velocidad del campo:

3

s=

( S − Sr ) x100 S

(1.4)

Siendo s el porcentaje de deslizamiento para fines de cálculo. S es la velocidad síncrona (120f/P) en rpm del campo magnético rotatorio producida por el estator; y Sr es la velocidad del rotor en rpm [6]. En general, a la velocidad del...