Máquinas eléctricas

Máquinas Inducción Trifásica

Juan A. Tapia

Capítulo 4 MÁQUINAS DE INDUCCIÓN TRIFÁSICA
4.1 Introducción
Las máquinas de inducción (MI) son las mas usadas en la industria gracias a su robustez, mínimos o nulos requerimientos de mantención y menores costos de operación ya que pueden operar directamente conectadas a la red eléctrica (frecuencia y voltaje constante), permitiendo accionarcargas a una velocidad esencialmente constante. Cuando es usada con control por campo orientado puede alcanzar un control preciso tal como es encontrado en el motor de corriente continua además de entregar la posibilidad de operación en la zona de campo debilitado. En este capitulo, se analizará el principio de funcionamiento de la máquina de inducción trifásicas, se determinará el circuito equivalentepara operación en estado estable y se desarrollarán las ecuaciones que describen su comportamiento. Finalmente, revisarán algunas caracterizas de los controles de velocidad y torque de este tipo de motores.

Figura 1. Motor de Inducción trifásico

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4.2 Tipos constructivos
El circuito magnético de un MI trifásico esta compuesto por laparte estacionaria o estator y la móvil o rotor. Rotor y estator están separados por un pequeño entrehierro que va desde los 0.4 a los 4 mm dependiendo de la potencia de la máquina. El estator posee geometría cilíndrica consiste en un apilamiento de laminaciones de ‘fierro eléctrico’ en las cuales se practican ranuras donde se ubican los bobinados trifásicos. El rotor también esta compuesto delaminaciones con ranuras, sin embargo existen 2 opciones constructivas. El tipo Rotor Bobinado en el cual un bobinado trifásico convencional es ubicado en las ranuras y el tipo Jaula de ardilla. En el rotor tipo jaula de ardilla, se inyecta aluminio fundido sobre las chapas de rotor apilada formándose barras longitudinales las que en el mismo proceso quedan cortocircuitadas en ambos extremos, por sendosanillos como es mostrado en la figura 2a. Se obtiene así un "bobinado" que no tiene aislación y que se encuentra embebido en el fierro del rotor. Como el circuito es cerrado sobre si mismo, sin conexiones externas, resulta ser de alta confiabilidad y robustez. Figura 2b

(a)

(b)

Figura 2. Motor tipo Jaula de Ardilla. (a) Barras embebidas en el fierro y anillos, (b) Rotor sólido

En laversión rotor bobinado, se embobina un bobinado "convencional", conformado por vueltas de alambre aislado, distribuido en ranuras. Estas bobinados pueden ser bifásico o trifásico, pero necesariamente de igual número de polos que el bobinado de estator. Figura Los terminales del bobinado rotórico se llevan a anillos deslizantes, solidario al rotor, pero eléctricamente aislado de el. El circuito secompleta con resistencias variables que se conectan con el bobinado de rotor a través de escobillas o carbones que se apoyan y establecen un contacto deslizante en los anillos. En esta ejecución se consigue modificar a voluntad el valor total de las resistencia retórica la que tiene una fuerte incidencia sobre la característica torque-velocidad, como se vera mas adelante.

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(a)

(b)

Figura 3. Motor de Inducción Rotor Bobinado, (a) Bobinados y anillos deslizantes, (b) Conexión de resistencias externas

4.3 Fuerzas Magnetomotrices y Flujos en la MI
4.3.1 Rotor devanado
Para examinar la FMM y flujo en el entrehierro se considera que la maquina esta girando a una velocidad de régimen, ωm, menor que la sincrónica, y en la mismadirección del campo magnético giratorio. En estas condiciones el deslizamiento se define como:

s=

ωs −ωm ωs

(1)

donde ωs, es la velocidad sincrónica establecida por el bobinado trifásico del estator y definida por

ωs =

120 f P

[RPM]

(2)

con P número de polos de la máquina y f es la frecuencia de la fuente de voltaje. El bobinado del rotor, en este caso estará formado por...