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Tema VII: La máquina asíncrona

Tema VII: La máquina asíncrona

Universidad de OviedoUniversidad de Oviedo

Dpto. de Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Computadores y

Sistemas

Dpto. de Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Computadores y

Sistemas

7.1. Aspectos constructivos: generalidades

7.1. Aspectos constructivos: 7.1. Aspectos constructivos: generalidadesgeneralidades

CIRCUITOS MAGNÉTICOSCIRCUITOS CIRCUITOS

MAGNÉTICOSMAGNÉTICOSConjunto de chapas de

Fe aleado con Si aisladas y apiladas

Conjunto de chapas de Conjunto de chapas de Fe aleado con Si Fe aleado con Si

aisladasaisladas y apiladasy apiladas

ROTORROTORROTORConjunto de espiras en

cortocircuito

Conjunto de Conjunto de espiras en espiras en

cortocircuitocortocircuito

De jaula de ardilla

De jaula de De jaula de ardillaardilla

BobinadoBobinadoBobinadoDe Al

fundidoDe Al De Al

fundidofundido

De barras soldadas

De barras De barras soldadassoldadas

ESTATORESTATORESTATORDevanado trifásico

distribuido en ranuras a 120º

Devanado Devanado trifásico trifásico

distribuido en distribuido en ranuras a 120ºranuras a 120º

Aleatorio: de hilo esmaltado

Aleatorio: de hilo Aleatorio: de hilo esmaltadoesmaltado

PreformadoPreformadoPreformado

Barras AnilloBarras Anillo

Rotor de aluminioRotor de aluminioFundidoFundido

Rotor de anillosRotor de anillosSoldadosSoldados

7.2. Aspectos constructivos: rotor II

7.2. Aspectos constructivos: 7.2. Aspectos constructivos: rotor IIrotor II

AnillosAnillos

FotografFotografíías realizadas en los talleres as realizadas en los talleres de ABB de ABB Service Service -- GijGijóónn

7.2. Rotor III 7.2. Rotor III 7.2. Rotor III

Chapa magnéticaChapa magnética

Barra de cobreBarra de cobre

Plato final rotorPlato final rotorFijación Fijación

chapa magnéticachapa magnética

Anillo deAnillo decortocircuitocortocircuito

Despiece de un rotor de jaula con barras de cobre soldadas

Despiece de un rotor Despiece de un rotor de jaula con barras de jaula con barras de cobre soldadasde cobre soldadas

CatCatáálogos comercialeslogos comerciales

7.2.1 Rotor bobinado: anillos rozantes

7.2.1 Rotor bobinado: 7.2.1 Rotor bobinado: anillos anillos rozantes rozantes

EscobillasEscobillas

Anillos Anillos rozantesrozantes

Anillos rozantes

El rotor se cierra en El rotor se cierra en cortocircuito desde el cortocircuito desde el exterior a través de exterior a través de

unas escobillas y unas escobillas y anillos anillos rozantesrozantes

L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas

L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas

DEVANADO DE HILODEVANADO DE HILOTensión<600VTensión<600V

7.3. Aspectos constructivos: 7.3. Aspectos constructivos: estatorestator

DEVANADO PREFORMADODEVANADO PREFORMADOTensión>2300vTensión>2300v

Evitar contacto entreconductores a distinta

tensión

Evitar contacto entreEvitar contacto entreconductores a distintaconductores a distinta

tensióntensión

Los materiales empleados en los aislamientos son generalmente

orgánicos

Los materiales empleados en los Los materiales empleados en los aislamientos son generalmente aislamientos son generalmente

orgánicosorgánicos



7.3.1. Diferencias entre 7.3.1. Diferencias entre devanados de hilo y devanados devanados de hilo y devanados

preformadospreformados

Forma constructivade los devanados

Forma constructivaForma constructivade los devanadosde los devanados

Devanados de HiloDevanados de HiloDevanados de Hilo

Devanados de pletinaDevanados de pletinaDevanados de pletina

Baja tensión < 2kVBaja tensión < 2kVBaja tensión < 2kV

Potencia < 600CVPotencia < 600CVPotencia < 600CV

Devanado “aleatorio”dentro de la ranura

Devanado “Devanado “aleatorio”aleatorio”dentro de la ranuradentro de la ranura

Pletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladas

Alta tensión y potenciaAlta tensión y potenciaAlta tensión y potencia

Colocación de bobinas“ordenada”

Colocación de bobinasColocación de bobinas“ordenada”“ordenada”

7.3.2. Elementos del aislamiento 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en motores con estatórico en motores con devanados preformados Idevanados preformados I

Habitualmente se colocanHabitualmente se colocandos bobinas por ranura.dos bobinas por ranura.

El aislamiento entre conEl aislamiento entre con--ductores ductores elementales eselementales esdistinto del aislamiento distinto del aislamiento frente a masafrente a masa

Cada espira puede estar Cada espira puede estar constituida por varios constituida por varios conductores elementalesconductores elementales

Bobinas delestator

Aislamiento

Núcleo delestator

Espira

Bobinasuperior

Bobinainferior

Cuña

Conductorelemental

MURO AISLANTE: elemento de mayor espesor que separa al conjunto de la bobina del exterior. Debe estar dimensionado para soportar la tensión correspondiente al nivel de aislamientode la máquina.

AISLAMIENTO ENTRE ESPIRAS Y ENTRE CONDUCTORES ELEMENTALES: las espiras pueden estar formadas conductores individuales para reducir las pérdidas. Es necesario que exista aislamiento entre ellas y entre conductores.

CINTAS Y RECUBRIMIENTOS DE PROTECCIÓN: se utilizan cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas en las zonas de ranura.

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 aislamientopara soportar la tensión correspondiente al nivel de aislamientode la máquina.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 se utilizan cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas cintas y recubrimientos protectores para proteger las bobinas en las zonas de ranura.en las zonas de ranura.

7.3.2. Elementos del aislamiento 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en motores con estatórico en motores con devanados preformados IIdevanados preformados II

Zona de ranuraZona de ranuraCabezade bobinaCabezade bobina

Aislamiento entre conductores

Sección de la bobina

7.3.2. Elementos del aislamiento 7.3.2. Elementos del aislamiento estatórico en motores con estatórico en motores con

devanados preformados IIIdevanados preformados III


El número de espiras de una bobina varía entre 2 y 12.

El número de conductores elementales varía entre 2 y 6.

Las tensiones soportadas por los conductores elementales son muy bajas.

Los conductores elementales se aíslan por separado, posteriormente se agrupan en el número necesario para formar una espira. Se pliegan para conformar cada espira y finalmente se aplica a la espira el aislamiento correspondiente.

Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el conformado de las espiras).

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 Las tensiones soportadas por los conductores elementales son muy bajas.son 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 formar una espira. Se pliegan para conformar cada espira y finalmente se aplica a la espira el aislamiento y finalmente se aplica a la espira el aislamiento correspondiente.correspondiente.

Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo Las principales solicitaciones que aparecen sobre este tipo de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el de devanado son de tipo térmico y mecánico (durante el conformado de las espiras).conformado de las espiras).

7.3.2.1. Aislamiento entre espiras 7.3.2.1. Aislamiento entre espiras y conductoresy conductores

Soporta Tªhasta 220ºCSoporta TªSoporta Tªhasta 220ºChasta 220ºC

Poliimida (Kapton) oPoliimida (Kapton) oPoliamida en forma Poliamida en forma

de películade película

Poliimida (Kapton) oPoliimida (Kapton) oPoliamida en forma Poliamida en forma

de películade película++

Fibra de vidrio con Fibra de vidrio con poliéster (poliéster (DaglasDaglas))

Motores deMotores dehasta 4kVhasta 4kV

Motores demás de 4kV

7.3.2.2. Materiales aislantes para 7.3.2.2. Materiales aislantes para los conductores elementaleslos conductores elementalesHasta los añosHasta los años

40 barnices40 barnicesFibras de amiantoFibras de amianto

Desarrollo de materialesDesarrollo de materialessintéticossintéticos

Uso de barnices solos y combinadosUso de barnices solos y combinados

7.3.2.3. Materiales aislantes para 7.3.2.3. Materiales aislantes para el muro aislanteel muro aislante

Necesario utilizarNecesario utilizarmaterial soporte o material soporte o

aglomeranteaglomerante

La mica en polvo oescamas se aglutina conun material aglomerante

Material deMaterial debase =Micabase =Mica

Muy buenas propiedadesMuy buenas propiedadesdieléctricas y térmicasdieléctricas y térmicas

Silicato de alumnioSilicato de alumnio

Malas propiedades mecánicasMalas propiedades mecánicas

También se puede depositar sobre un material soporte

impregnando el conjunto con aglomerante

MuchoscompuestosMuchoscompuestos

CatCatáálogos logos comercialescomerciales

7.3.2.4. Aglomerantes y 7.3.2.4. Aglomerantes y materiales soporte Imateriales soporte I

AGLOMERANTESTERMOESTABLES

A partir de los años 50A partir de los años 50

PoliésterResinas epoxy

Nuevos soportes:Nuevos soportes:Fibra de vidrioFibra de vidrio

PoliésterPoliésterElevadas TemperaturasElevadas Elevadas TemperaturasTemperaturas

COMPORTAMIENTOCOMPORTAMIENTOTÉRMOPLÁSTICOTÉRMOPLÁSTICO

Tª Máxima 110ºCCLASE BTª 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


Recubrimiento de reparto

Recubrimiento conductor enla zona de ranura

7.3.2.5. Recubrimientos de 7.3.2.5. Recubrimientos de protecciónprotección

Recubrimientos deprotecciónRecubrimientos deprotección

Bobina con el recubri-miento externo dañadoBobina con el recubri-miento externo dañado


7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales Iactuales I

PROCESO RICO EN RESINA

La mica en forma de láminas se deposita sobre un material impregnado con una resina epoxy que polimeriza a alta temperatura (cinta preimpregnada).

Se recubre la bobina con este material.

Se introduce en un molde al que se le aplica presión y calor: la temperatura y la presión logran una impregnación homogénea en toda la bobina.

El proceso final de polimerización de la resina termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas temperaturas en un horno.

PROCESO RICO EN RESINAPROCESO RICO EN RESINA

La mica en forma de láminas se deposita sobre un La mica en forma de láminas se deposita sobre un material impregnado con una resina epoxy que polimeriza material impregnado con una resina epoxy que polimeriza a alta temperatura a alta temperatura (cinta (cinta preimpregnadapreimpregnada))..

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 Se introduce en un molde al que se le aplica presión y calor: la temperatura y la presión logran una impregnación calor: 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 El proceso final de polimerización de la resina termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas termoestable se consigue sometiendo el motor a elevadas temperaturas en un horno.temperaturas en un horno.

7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales IIactuales II

PROCESO VPI EN BOBINAS (“Vacuumm Pressure Impregnation”)

Inicialmente sólo se aplica la cantidad de resina termoestable imprescindible para aglomerar la mica (cinta porosa).

El resto del aglomerante se introduce después de haber creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la bobina.

El vacío y posteriormente un gas a presión consiguen que la resina termoestable impregne por completo a la bobina.

Una vez impregnadas las bobinas se extraen y se les aplica presión para ajustar su forma y tamaño. El curado se realiza a alta temperatura sobre el motor completo.

PROCESO VPI EN BOBINASPROCESO VPI EN BOBINAS (“(“Vacuumm Pressure ImpregnationVacuumm 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 El resto del aglomerante se introduce después de haber creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la creado el vacío dentro del tanque en el que se encuentra la bobina.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 presión para ajustar su forma y tamaño. El curado se realiza a alta temperatura sobre el motor completo.a alta temperatura sobre el motor completo.

PROCESO VPI GLOBAL

Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber realizado el proceso de curado de la resina epoxy.

Como material soporte se utilizan cintas porosas con bajo contenido en resina epoxy.

Una vez colocadas todas las bobinas en sus alojamientos y realizadas las conexiones se introduce el estator en un tanque.

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 aplica gas a alta presión y temperatura para producir la polimerización de la resina.

PROCESO VPI GLOBALPROCESO VPI GLOBAL

Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber Las bobinas se montan en las ranuras antes de haber realizado el proceso de curado de la resina epoxy.realizado 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 realizadas las conexiones se introduce el estator en un tanque.tanque.

A continuación, se hace el vacío con lo que el tanque se A continuación, se hace el vacío con lo que el tanque se inunda de resina epoxy. El estator se pasa a otro tanque inunda de resina epoxy. El estator se pasa a otro tanque donde se aplica gas a alta presión y temperatura para donde se aplica gas a alta presión y temperatura para producir la polimerización de la resina.producir la polimerización de la resina.

7.4. Procesos de fabricación 7.4. Procesos de fabricación actuales IIIactuales III

Procesos VPIProcesos VPI

Precalentar el conjunto yhacer vacío en el tanquePrecalentar el conjunto yPrecalentar el conjunto yhacer vacío en el tanquehacer vacío en el tanque

Esperar tiempo de impreg-nación y eliminar vacío

Esperar tiempo de Esperar tiempo de impregimpreg--nación y eliminar vacíonación y eliminar vacío

Transferir resina al tanquey hacer curado en horno

Transferir resina al tanqueTransferir resina al tanquey hacer curado en hornoy hacer curado en horno

Proceso VPI Proceso VPI de de VonRollVonRoll--IsolaIsola

Transferir resina impreg-nación debido al vacío

Transferir resina Transferir resina impregimpreg--nación debido al vacíonación debido al vacío


Motor de 25kW, 200V para el Motor de 25kW, 200V para el accionamiento de una bomba.accionamiento de una bomba.

Fabricado en Pittsburg por Fabricado en Pittsburg por WestinghouseWestinghouse en 1900 en en 1900 en

funcionamiento hasta 1978funcionamiento hasta 1978

Motor de inducción de 1000 Motor de inducción de 1000 kWkW, 4 , 4 kV kV y 3600 RPM para el y 3600 RPM para el

accionamiento de un accionamiento de un compresor. Fabricado por compresor. Fabricado por

Westinghouse Westinghouse en la actualidaden la actualidad

7.5. Aspecto físico de los 7.5. Aspecto físico de los momo--torestores asíncronosasíncronos CatCatáálogos comercialeslogos comerciales


7.5. Aspecto físico II: motores de BT7.5. Aspecto físico II: motores de BT


7.6. Aspecto físico III: 7.6. Aspecto físico III: formas constructivas formas constructivas

normalizadasnormalizadas


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

W2 U2 V2

Caja de conexiones

Conexión en estrella

Conexión en triángulo

U1

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

W2 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 terminalesCatCatáálogos comercialeslogos comerciales

Cabezas deCabezas debobinabobina

RefuerzosRefuerzoscarcasacarcasa

Fijación Fijación cojinetescojinetes

Refuerzos rotorRefuerzos rotor

Núcleo Núcleo magnético rotormagnético rotor

Núcleo Núcleo magnético magnético

estatorestator

7.8. Despiece de un motor de MT7.8. Despiece de un motor de MTCatCatáálogos comercialeslogos comerciales

7.9. Despiece de un motor de BT


7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento Ifuncionamiento I

EL ESTATOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO POR ASÍNCRONO ESTÁ FORMADO POR 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL 3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL

ESPACIO 120º. En la figura se ESPACIO 120º. En la figura se representa sólo una espira de representa sólo una espira de

cada uno de los devanados (RR’, cada uno de los devanados (RR’, SS’, TT’)SS’, TT’)

S

R

R’

S’

T

T’

Estator

Origen deángulos

RotorS

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 POR CORRIENTES QUE CIRCULAN POR LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y LAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y

ESTÁN DESFASADAS 120ºESTÁN DESFASADAS 120º

)t(CosII maxR ⋅⋅= 1ϖϖϖϖ )t(CosII maxR ⋅⋅= 1ϖϖϖϖ)ºt(CosII maxS 1201 −⋅⋅= ϖϖϖϖ )ºt(CosII maxS 1201 −⋅⋅= ϖϖϖϖ

)ºt(CosII maxT 1201 +⋅⋅= ϖϖϖϖ )ºt(CosII maxT 1201 +⋅⋅= ϖϖϖϖ

7.10. Principio de 7.10. Principio de funcionamiento IIfuncionamiento II

F

Rotor

Estator

αααα

Sucesivas posicionesdel campo

Campogiratorio

Avance del campo

Rotor

tP

f ⋅⋅ ππππ2

SNNS

El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es El campo magnético resultante de las tres corrientes de fase es un un campo que gira en el espacio a campo que gira en el espacio a 60*f/P60*f/P RPMRPM. Donde . Donde PP es el es el númenúme--roro de pares de polos del estator (depende de la forma de conexión de pares de polos del estator (depende de la forma de conexión

de las bobinas que lo forman) y de las bobinas que lo forman) y ff la frecuencia de alimentación.la frecuencia de alimentación.

PfNS

⋅= 60 Velocidad deVelocidad desincronismosincronismo

7.10. Principio de 7.10. Principio de funciofuncio--namientonamiento III: simulaciónIII: simulación

T=0.340 s T=0.352 s T=0.370 s

7.10. Principio de 7.10. Principio de funciofuncio--namientonamiento III: simulaciónIII: simulación

MOTOR DE 2 PARES

DE POLOS

MOTOR DE 2 MOTOR DE 2 PARES PARES

DE POLOSDE POLOS

T=1 S T=1,015 S

Motor Motor asíncronoasíncrono

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 Ley de Biot Biot y y SavartSavart

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 CASO INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO

CONTRARIO CONTRARIO NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINAEL ROTOR DE LA MÁQUINA Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR

MOTORMOTOR

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 PAR VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES EL NECESARIO EL NECESARIO

PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS

7.11. Ventajas de los motores 7.11. Ventajas de los motores de inducciónde inducción

La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través deLa única alimentación eléctrica que reciben se hace a través dela línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. NO HAY NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTESESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTES..

El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante.aislante.

Tienen par de arranque.Tienen par de arranque.

No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de la carga.la carga.

VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

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 corriente de La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho casos es necesario disponer procedimientos especiales de casos es necesario disponer procedimientos especiales de limitación de la corriente de arranque.limitación de la corriente de arranque.

La variación de su velocidad implica la variación de la La variación de su velocidad implica la variación de la frecuenfrecuen--ciacia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de frecuencia variable.frecuencia variable.

INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

EQUIPOEQUIPORECTIFICADORRECTIFICADOR

TRIFÁSICOTRIFÁSICO

EQUIPOEQUIPOINVERSORINVERSORTRIFÁSICOTRIFÁSICO

SISTEMASISTEMADEDE

FILTRADOFILTRADO3 FASES3 FASES50 50 HzHz

3 FASES3 FASESf VARIABLEf VARIABLE

BUS DEBUS DECCCC

ONDA ESCALONADAONDA ESCALONADADE f VARIABLEDE f VARIABLE

7.12. Deslizamiento en las 7.12. Deslizamiento en las máquinas asíncronasmáquinas asíncronas

100⋅−=S

mS(%)Sωωωω

ωωωωωωωω 100⋅−=S

mS(%)Sωωωω

ωωωωωωωωSS

S

mSm N)S(N)

NNN(N ⋅−=⋅−−= 11 SS

S

mSm N)S(N)

NNN(N ⋅−=⋅−−= 11

Sm )S( ωωωωωωωω ⋅−= 1 Sm )S( ωωωωωωωω ⋅−= 1

Velocidad Velocidad mecánica mecánica del rotordel rotor

mSdes NNN −= mSdes NNN −=

PfNS

⋅= 60P

fNS⋅= 60

Velocidad de Velocidad de deslizamientodeslizamiento

100100 ⋅−=⋅=S

mS

S

des

NNN

NN(%)S 100100 ⋅−=⋅=

S

mS

S

des

NNN

NN(%)S

DeslizamientoDeslizamiento

S=0 Velocidad de sincronismoS=0 Velocidad de sincronismoS=1 Rotor paradoS=1 Rotor parado

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES

MUY BAJOS DE S: S<5%

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES TRABAJAN SIEMPRE CON VALORES

MUY BAJOS DE S: S<5%MUY BAJOS DE S: S<5%

7.13. Frecuencia en el rotor de 7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas Ilas máquinas asíncronas IFrecuencia Frecuencia

FEM inducidaFEM inducidaen el rotoren el rotor

En el límite:En el límite:SS→→→→→→→→1; 1; NNmm→→→→→→→→ 00

En el límite:En el límite:SS→→→→→→→→0; 0; NNmm→→→→→→→→ NNss

ffrotorrotor →→→→→→→→ ffestatorestator ffrotorrotor→→→→→→→→00

Aumento frecuencia Aumento frecuencia inducida rotorinducida rotor

Disminución frecuencia Disminución frecuencia inducida rotorinducida rotor

> velocidad relativa > velocidad relativa campo respecto rotorcampo respecto rotor

< velocidad relativa < velocidad relativa campo respecto rotorcampo respecto rotor

AumentoAumentovelocidad girovelocidad giro

Reducción Reducción velocidad girovelocidad giro

La misma que la velocidad La misma que la velocidad relativa del campo respecto relativa del campo respecto

al rotor (S)al rotor (S)

7.13. Frecuencia en el rotor de 7.13. Frecuencia en el rotor de las máquinas asíncronas IIlas máquinas asíncronas II

GIRO EN GIRO EN VACÍO: VACÍO: NNmm≅≅≅≅≅≅≅≅ NNSS

ffrotorrotor→→→→→→→→00

ROTOR ROTOR BLOQUEADO: BLOQUEADO:

NNmm=0=0ffrotorrotor→→→→→→→→ ffestatorestator estatorrotor fSf ⋅= estatorrotor fSf ⋅=

Para cualquier Para cualquier velocidad entre 0 y Nvelocidad entre 0 y NSS

PfN estator

S⋅= 60

PfN estator

S⋅= 60

estatorS

Srotor f

NNmNf ⋅−= estator

S

Srotor f

NNmNf ⋅−=

60NmNPf S

rotor−⋅=60

NmNPf Srotor

−⋅=

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona Ila máquina asíncrona I

[ ] 111 EIjXRU Ss +⋅+= [ ] 111 EIjXRU Ss +⋅+=

Xs Rs

U1 E1

I1

Xs Rs

U1 E1

I1CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTE

DEL ESTATOR PARA DEL ESTATOR PARA CUALQUIER VELOCIDADCUALQUIER VELOCIDAD

DE GIRODE GIRO

ALIMENTADO A f1frecuencia de redALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de red

ReactanciaReactanciadispersióndispersiónestatorestator

ResistenciaResistenciaestatorestator

ReactanciaReactanciamagnetizantemagnetizante

estatorestator

EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE

CIRCUITO EQUIVALENTE CIRCUITO EQUIVALENTE ROTOR CON LA ROTOR CON LA

MÁQUINA BLOQUEADAMÁQUINA BLOQUEADA

ALIMENTADO A f1frecuencia de redALIMENTADO A fALIMENTADO A f11frecuencia de redfrecuencia de red

XR RR

E2

IRbloq

XR RR

E2

IRbloqReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor

ResistenciaResistenciarotorrotor

ReactanciaReactanciamagnetizante magnetizante rotorrotor

EQUIVALENTEEQUIVALENTEPOR FASEPOR FASE

CON ROTOR BLO-QUEADO:

frotor=festator

CON ROTOR BLOCON ROTOR BLO--QUEADO: QUEADO:

ffrotorrotor==ffestatorestator

[ ] bloqRRR IjXRE ⋅+=2 [ ] bloqRRR IjXRE ⋅+=2

LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES

PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL CAMPO RESPECTO

AL ROTOR (S)

LA FEM INDUCIDA LA FEM INDUCIDA EN EL ROTOR ES EN EL ROTOR ES

PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL LA VELOCIDAD DEL CAMPO RESPECTO CAMPO RESPECTO

AL ROTOR (S)AL ROTOR (S)

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IIla máquina asíncrona II

Con el rotor bloqueado se

induce E2

Con el rotor Con el rotor bloqueado se bloqueado se

induce induce EE22

En vacío se induce 0

En vacío se En vacío se induce induce 00

A una velocidad en-tre 0 y NS, es

decir a un des-lizamiento S

A una A una velocidad envelocidad en--tretre 0 y N0 y NS, S, es es

decir a un desdecir a un des--lizamientolizamiento SS

SE INDUCE:S*E2

SE SE INDUCE:INDUCE:S*ES*E22

La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corres-pondiente a un deslizamiento S)

La FEM inducida en el rotor para una La FEM inducida en el rotor para una velocidad cualquiera N (corresvelocidad cualquiera N (corres--pondientepondiente a un deslizamiento Sa un deslizamiento S) )

S*ES*E22

S*XR RR

S*E2

IR

S*XR RR

S*E2

IR ReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor


ALIMENTADO A: f2=S*f1

ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11

Circuito equivalente para el Circuito equivalente para el rotor con deslizamiento Srotor con deslizamiento S

LA RESISTENCIA ROTÓRICARR NO VARÍA CON LA

FRECUENCIAY, POR TANTO, TAMPOCO CON S

LA RESISTENCIA ROTÓRICALA RESISTENCIA ROTÓRICARRRR NO VARÍANO VARÍA CON LA CON LA

FRECUENCIAFRECUENCIAY, POR TANTO, Y, POR TANTO, TAMPOCOTAMPOCO CON CON SS

LA REACTANCIA XR VARÍA CON S:

CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES S,

XR PASA SER S*XR

LA REACTANCIA LA REACTANCIA XXRR VARÍA CON S:VARÍA CON S:

CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES CUANDO EL DESLIZAMIENTO ES SS, ,

XXRR PASA SER PASA SER S*XS*XRR

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IIIla máquina asíncrona III

[ ] sRRR ISjXRES ⋅⋅+=⋅ 2 [ ] sRRR ISjXRES ⋅⋅+=⋅ 2

RRRR

RsjX

SR

EjXR

ESI+

=+⋅= 22

RRRR

RsjX

SR

EjXR

ESI+

=+⋅= 22

Se puede obtener la misma corriente en el mismo circuito alimentado a f1 con sólo

cambiar RR por RR/S

Se puede obtener la misma corriente en Se puede obtener la misma corriente en el mismo circuito alimentado a el mismo circuito alimentado a ff11 con sólo con sólo

cambiar Rcambiar RRR por Rpor RRR/S/S

ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA

ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA

SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIA RR/S

ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO ES POSIBLE OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA

ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA ASÍNCRONA TRABAJANDO SÓLO CON LA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA FRECUENCIA DEL ESTATOR. BASTA

SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA SIMULAR EL EFECTO DEL GIRO CON LA RESISTENCIARESISTENCIA RRRR/S/S

CIRCUITO EQ. ROTOR A CIRCUITO EQ. ROTOR A DESLIZAMIENTO SDESLIZAMIENTO S

S*XR RR

S*E2

IR

S*XR RR

S*E2

IR ReactanciaReactanciadispersióndispersiónrotorrotor


ALIMENTADO A: f2=S*f1

ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff22=S*f=S*f11

ALIMENTADO A: f1

ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: ff11

XR

E2

IRS

RR

XR

E2

IRS

RR

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IVla máquina asíncrona IVPARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN

LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORPARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN PARA OBTENER EL CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO SE UNIRÁN

LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATORLOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ROTOR Y ESTATOR

SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES “EQUIVALENTE” A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación

Transf.=rt)

SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES SE PLANTEARÁ QUE LA MÁQUINA ASÍNCRONA ES “EQUIVALENTE”“EQUIVALENTE” A A UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación UN TRANSFORMADOR (Estator=Primario, Rotor=Secundario Relación

Transf.=Transf.=rrtt))

SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)SE REDUCIRÁ EL SECUNDARIO (Rotor) AL PRIMARIO (Estator)

Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

Xs Rs

U1 E1

I1

XR’

E2’

IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona Vla máquina asíncrona V

COMO E1=E2’ SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITOCOMO COMO EE11=E=E22’’ SE PUEDEN SE PUEDEN UNIR EN CORTOCIRCUITOUNIR EN CORTOCIRCUITO

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIla máquina asíncrona VI

I0 ϕϕϕϕ0

Iµµµµ Ife

I0 ϕϕϕϕ0

Iµµµµ Ife

Componente magnetizanteComponente Componente magnetizantemagnetizante

Componente de pérdidasComponente Componente de pérdidasde pérdidas

XµµµµXµµµµ

IµµµµIµµµµ

RfeRfe

IfeIfe

I0I0

Xs Rs

U1

I1

XR’IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

Xs Rs

U1

I1

XR’IR’

S'RR

122 ErE'E t =⋅=

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIIla máquina asíncrona VII

−⋅+=

SS'R'R

S'R

RRR 1

−⋅+=

SS'R'R

S'R

RRR 1

LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE

DIVIDIR EN DOS COMPONENTES

LA RESISTENCIA LA RESISTENCIA VARIABLE SE PUEDE VARIABLE SE PUEDE

DIVIDIR EN DOS DIVIDIR EN DOS COMPONENTESCOMPONENTES

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

S'RR

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

S'RR

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona VIIIla máquina asíncrona VIII

TensiónTensiónde fasede fase

(Estator(Estator))

Resistencia Resistencia cobre rotorcobre rotor

Reactancia Reactancia dispersióndispersiónrotorrotor

Resistencia Resistencia potenciapotenciamecánicamecánicaentregadaentregada

Resistencia Resistencia cobre estator cobre estator Reactancia Reactancia

dispersióndispersiónestatorestator

ReactanciaReactanciamagnetizantemagnetizante

ResistenciaResistenciapérdidas hierropérdidas hierro

CorrienteCorrientede 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’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅

SS'RR

1

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅

SS'RR

1

7.14. Circuito equivalente de 7.14. Circuito equivalente de la máquina asíncrona IXla máquina asíncrona IX

Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la entrada es alta (0,8 aprox)

Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia Con la carga nominal (S bajo) el circuito el factor de potencia a la a la entrada es alta (0,8 entrada es alta (0,8 aproxaprox))

En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo fdp 0,1 - 0,2 aprox

En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el En vacío (S=0) la rama del rotor queda en circuito abierto: el circuito es principalmente inductivo circuito es principalmente inductivo fdp fdp 0,1 0,1 -- 0,2 0,2 aproxaprox

Potencia entregadaPotencia entregadaPotencia entregada

En un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciableEn un motor asíncrono la corriente de vacío no es despreciable

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅

SS'RR

1

Xs Rs

U1

I1

XR’ IR’

Xµµµµ Rfe

IfeIµµµµ

I0RR’

−⋅

SS'RR

1(T. DE FASE)(T. DE FASE)

CosϕϕϕϕCosCosϕϕϕϕϕϕϕϕ

7.15. Cálculo de las pérdidas 7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncrona Ien la máquina asíncrona I

23 'IS

'RP RR

g ⋅⋅= 23 'IS

'RP RR

g ⋅⋅=

213 'IS

S'RPPP RRrotcugmi ⋅

−⋅⋅=−= 213 'I

SS'RPPP RRrotcugmi ⋅

−⋅⋅=−=

ϕϕϕϕϕϕϕϕ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅======== CosCosII3V3VPP 111111 POTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICAPOTENCIA ABSORBIDA DE LA RED ELÉCTRICA

213 IRP SestCu ⋅⋅= 213 IRP SestCu ⋅⋅= PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ESTATOR (Cu)

fefe R

EP2

13 ⋅=fe

fe REP

213 ⋅=

PÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CONPÉRDIDAS EN EL HIERRO. SUELEN CONSIDERARSE CON--CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY CENTRADAS EN EL ESTATOR. EN EL ROTOR LA f ES MUY BAJABAJA

feestCug PPPP −−= 1 feestCug PPPP −−= 1 POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE POTENCIA QUE ATRAVIESA EL ENTREHIERRO DE LA MÁQUINALA MÁQUINA

23 'I'RP RRRotCu ⋅⋅= 23 'I'RP RRRotCu ⋅⋅= PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)PÉRDIDAS EN LOS CONDUCTORES DEL ROTOR (Cu)

La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa en la resistencia total de la

rama del rotor (RR’/S)

La potencia que atraviesa el La potencia que atraviesa el entrehierro es la que disipa entrehierro es la que disipa en la resistencia total de la en la resistencia total de la

rama del rotor rama del rotor (R(RRR’/S)’/S)

POTENCIA MECÁNICA INTERPOTENCIA MECÁNICA INTER--NA: ATRAVIESA EL ENTREHIENA: ATRAVIESA EL ENTREHIE--RRO Y PRODUCE TRABAJORRO Y PRODUCE TRABAJO

Se disipa en la Se disipa en la resisresis--tenciatencia variablevariable

7.15. Cálculo de las pérdidas 7.15. Cálculo de las pérdidas en la máquina asíncrona IIen la máquina asíncrona II

[ ] gggrotcugmi PSPSPPPP ⋅−=⋅−=−= 1[ ] gggrotcugmi PSPSPPPP ⋅−=⋅−=−= 1OTRA FORMA DE CALCULAROTRA FORMA DE CALCULAR--LA A PARTIR DEL DESLIZALA A PARTIR DEL DESLIZA--MIENTOMIENTO

esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU −−−−==== esrotacional y mecánicas PérdidasPP miU −−−−====

PAR INTERNO: EL PAR TOTAL PAR INTERNO: EL PAR TOTAL DESARROLLADO INTERNADESARROLLADO INTERNA--MENTE POR LA MÁQUINAMENTE POR LA MÁQUINA

Velocidad angular Velocidad angular de giro del rotorde giro del rotor

[[[[ ]]]]S

ggmii

PPSPTΩΩΩΩ

====ΩΩΩΩ

⋅⋅⋅⋅−−−−====

ΩΩΩΩ====

1[[[[ ]]]]S

ggmii

PPSPTΩΩΩΩ

====ΩΩΩΩ

⋅⋅⋅⋅−−−−====

ΩΩΩΩ====

1

Velocidad angular Velocidad angular de sincronismode sincronismo

PAR ÚTILPAR ÚTIL: EL PAR QUE ES : EL PAR QUE ES CAPAZ DE DESARROLLAR EL CAPAZ DE DESARROLLAR EL MOTOR EN EL EJEMOTOR EN EL EJEΩΩΩΩ

==== UU

PTΩΩΩΩ

==== UU

PT

jXs Rs jXR’ IR’

S'RR

jXµµµµ

A

B

U1

I1

+

jXs Rs jXR’ IR’

S'RR

jXµµµµ

A

B

U1

I1

+

7.16. Cálculo del par de una 7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona Imáquina asíncrona I

CALCULANDO EL EQUIVALENTE

THEVENIN ENTRE A y B

CALCULANDO EL CALCULANDO EL EQUIVALENTE EQUIVALENTE

THEVENIN THEVENIN ENTREENTRE A y BA y B

Se puede despreciar Rfe

Se puede Se puede despreciar despreciar RRfefe

jXth Rth jXR’ IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+


S'RR

A

B

Vth

I1

+ [[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅

====XXjR

jXUV

SSth

1

[[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅

====XXjR

jXUV

SSth

1

[[[[ ]]]][[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅++++

====XXjRjXjXR

ZSS

SSth

[[[[ ]]]][[[[ ]]]]µµµµ

µµµµ

++++++++⋅⋅⋅⋅++++

====XXjRjXjXR

ZSS

SSth

7.16. Cálculo del par de una 7.16. Cálculo del par de una máquina asíncrona IImáquina asíncrona II

[[[[ ]]]]22

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====

[[[[ ]]]]22

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====


S'RR

A

B

Vth

I1

+


S'RR

A

B

Vth

I1

+ [[[[ ]]]]'XXj

S'RR

V'IRth

Rth

thR

++++++++++++====

[[[[ ]]]]'XXjS

'RR

V'IRth

Rth

thR

++++++++++++====

[[[[ ]]]]22

2

23

3'XX

S'RR

S'RV

'IS

'RP

RthR

th

Rth

RR

g

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====

[[[[ ]]]]22

2

23

3'XX

S'RR

S'RV

'IS

'RP

RthR

th

Rth

RR

g

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====

)S(fTi ==== )S(fTi ====[[[[ ]]]]2

2

23

'XXS

'RR

S'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

[[[[ ]]]]22

23

'XXS

'RR

S'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

7. 17. Curvas de respuesta 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad Ivelocidad I

1 Deslizamiento S

Par

Par deArranque

Par máximo

Par Nominal

0

Velocidad desincronismo

Motor GeneradorFreno

1 Deslizamiento S

Par

Par deArranque

Par máximo

Par Nominal

0

Velocidad desincronismo

Motor GeneradorFrenoS>1S>1S>1 0<S<10<S<10<S<1 S<0S<0S<0

Zona de funcionamiento estable como motor

Zona de funcionamiento estable Zona de funcionamiento estable como motorcomo motor

)S(fTi ==== )S(fTi ====221 −−−−−−−−==== ,

TT

nom

arr 221 −−−−−−−−==== ,TT

nom

arr

7281 ,,TT

nom

max −−−−−−−−==== 7281 ,,TT

nom

max −−−−−−−−====

7. 17. Curvas de respuesta 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad IIvelocidad II

La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena carga

La característica mecánica de los motores de inducción es La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena cargaprácticamente lineal entre vacío y plena carga

El par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominalEl 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 para permitir que el motor se ponga en marcha

El par de arranque tiene que ser superior al nominal para El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marchapermitir que el motor se ponga en marcha

Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensión

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 mecánica par -- velocidad IIIvelocidad III

Banda de dispersiónBanda de Banda de dispersióndispersión


7.17. Curvas de respuesta 7.17. Curvas de respuesta mecánica par mecánica par -- velocidad IVvelocidad IV


7.18. Par máximo de un motor 7.18. Par máximo de un motor de inducción Ide inducción I

jXth Rth jXR’

IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

jXth Rth jXR’

IR’

S'RR

A

B

Vth

I1

+

El par será máximo cuando Pg sea máxima, es decir cuando se transfiera a

RR’/S la máxima potencia

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 máxima la máxima potenciapotencia

[[[[ ]]]]22 'XXRS

'RRthth

R ++++++++==== [[[[ ]]]]22 'XXRS

'RRthth

R ++++++++====TEOREMA

TRANSFERENCIA MÁX. POT

TEOREMA TEOREMA TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA

MÁX. POTMÁX. POT

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RSRthth

RTMAX

++++++++====

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RSRthth

RTMAX

++++++++====

[[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VTRthththS

thmax [[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VTRthththS

thmax

7.18. Par máximo de un motor 7.18. Par máximo de un motor de inducción IIde inducción II

Resistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente

SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3

ParPar

SS

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RSRthth

RTMAX

++++++++====

[[[[ ]]]]22 'XXR

'RSRthth

RTMAX

++++++++====

EL deslizamiento al que se produce el par

máximo SÍ DEPENDE DE RR’

EL deslizamiento al EL deslizamiento al que se produce el par que se produce el par

máximo máximo SÍ SÍ DEPENDE DE RDEPENDE DE RRR’’

Esta propiedad se usa para el arran-que mediante inserción de resisten-cias en máquinas de rotor bobinado

Esta propiedad se usa para el Esta propiedad se usa para el arranarran--que mediante inserción de resistenque mediante inserción de resisten--ciascias en máquinas de rotor bobinadoen máquinas de rotor bobinado

El par máximo NO depende de la

resistencia rotórica RR’

El par máximo NO El par máximo NO depende de la depende de la

resistencia resistencia rotórica rotórica RRRR’’

[[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VTRthththS

thmax [[[[ ]]]]

++++++++++++⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====22

2

2

3

'XXRR

VTRthththS

thmax

7.19. Ensayo de rotor libre7.19. Ensayo de rotor libre

∞∞∞∞→→→→

→→→→

SS-1'R :0S Si R ∞∞∞∞→→→→

→→→→

SS-1'R :0S Si R

Xs Rs

U1

I0

XR’

Xµµµµ Rfe

Ife Iµµµµ

RR’ Xs Rs

U1

I0

XR’

Xµµµµ Rfe

Ife Iµµµµ

RR’

En vacío SEn vacío S≈≈≈≈≈≈≈≈0:0:

Al no circular corriente por RR’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estator

Al no circular corriente por RAl no circular corriente por RRR’ puede considerarse que en ’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estatoreste ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estator

00

3I

V

Z

Línea

====0

03

I

V

Z

Línea

====

20

00 3 I

PR⋅⋅⋅⋅

====

µµµµ++++≅≅≅≅−−−−==== XXRZX s2

02

00 µµµµ++++≅≅≅≅−−−−==== XXRZX s2

02

00

I0(t)I0(t)

Motor girando sin cargaMotor girando sin cargaMotor girando sin carga

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

W1W1

W2W2

AU1(t)U1(t)

++

++

++

V y f nominalesV y f nominalesV y f nominales

ZZ00

Impedancia por fase del

motor

Impedancia Impedancia por fase del por fase del

motormotor000 jXRZ ++++==== 000 jXRZ ++++====

femecestcu PPPWWP ++++++++====++++==== 210 femecestcu PPPWWP ++++++++====++++==== 210

7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado Ibloqueado I

I1n(t)I1n(t)

Rotor bloqueadoRotor bloqueadoRotor bloqueado

Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:Condiciones ensayo:

W1W1

W2W2

AUcc(t)Ucc(t)

++

++

++

V reducida e I nominalV reducida e I nominalV reducida e I nominal

V

El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de ali-mentación hasta que la corrien-

te circulante sea la nominal

El ensayo se realiza subiendo El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de gradualmente la tensión de aliali--mentaciónmentación hasta que la hasta que la corriencorrien--

te circulante sea la nominalte circulante sea la nominal

3ccU3ccU

Xs Rs

I1n

XR’ RR’ Xs Rs

I1n

XR’ RR’

Se puede despreciar la rama paralelo

Se puede despreciar Se puede despreciar la rama paralelola rama paralelo

Tensión de ensayomuy reducida

Tensión de ensayoTensión de ensayomuy reducidamuy reducida

Corriente por Xµµµµdespreciable

Corriente por XCorriente por Xµµµµµµµµdespreciabledespreciable

Muy pocas pérdidas FeMuy pocas Muy pocas pérdidas Fepérdidas Fe

Rfe despreciable

RRfe fe despreciabledespreciable

ZZcccc

cccccc jXRZ ++++==== cccccc jXRZ ++++====

'RRR Rscc ++++==== 'RRR Rscc ++++====

'XXX Rscc ++++==== 'XXX Rscc ++++====Se elimina

rama paraleloSe eliminaSe elimina

rama paralelorama paralelo

7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado IIbloqueado II Xs Rs

I1n

XR’ RR’ Xs Rs

I1n

XR’ RR’

3ccU3ccU

Se puede despreciar la rama paralelo

Se puede despreciar Se puede despreciar la rama paralelola rama paralelo

ZZcccc

rotcuestcucc PPWWP ++++====++++==== 21 rotcuestcucc PPWWP ++++====++++==== 21

n

cc

cc I

U

Z1

3====n

cc

cc I

U

Z1

3====2

13 n

cccc

IPR⋅⋅⋅⋅

==== 213 n

cccc

IPR⋅⋅⋅⋅

====

CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTECÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS

CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTE

[[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 60 [[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 60[[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 70 [[[[ ]]]]'XX,'X RSR ++++⋅⋅⋅⋅==== 70

'XX RS ==== 'XX RS ====[[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 40 [[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 40[[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 30 [[[[ ]]]]'XX,X RSS ++++⋅⋅⋅⋅==== 30

'XX RS ==== 'XX RS ====

XS y XR’XXSS yy XXRR’’ Regla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motorRegla empírica según tipo de motor

MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:MOTOR CLASE A:

MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:MOTOR CLASE B:

MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:MOTOR CLASE C:

MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:MOTOR CLASE D:

RS Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estator

RRSS Se obtiene por medición directa Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estatorsobre los devanados del estator

CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO

EQUIVALENTE

CÁLCULO PARÁMETROS CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO CIRCUITO

EQUIVALENTEEQUIVALENTE

7.20. Ensayo de rotor 7.20. Ensayo de rotor bloqueado IIIbloqueado III

SXXX −−−−====µµµµ 0 SXXX −−−−====µµµµ 0XµµµµXXµµµµµµµµ

Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias

de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacío

Después de aplicar la Regla empírica Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias anterior para obtener las reactancias

de rotor y estator se aplica el de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacíoresultado del ensayo de vacío

RRRR’’Se obtiene restando a RCC (Ensayo de

rotor bloqueado) el valor de RS(medición directa)

Se obtiene restando a RSe obtiene restando a RCCCC (Ensayo de (Ensayo de rotor bloqueado) el valor de Rrotor bloqueado) el valor de RSS

(medición directa)(medición directa)SccR RR'R −−−−==== 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

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 funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos Ide los motores asíncronos I

Fabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 6

Fabricante: EMODFabricante: EMODPotencia: 7,5 Potencia: 7,5 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 17 ACorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMVelocidad : 946 RPMPolos: 6Polos: 6

Velocidad de sincronismoVelocidad de Velocidad de sincronismosincronismo

Corrientede vacío

CorrienteCorrientede vacíode vacío

Corrientenominal

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

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



7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IIde los motores asíncronos II


Potencia eléctrica consumida plena carga

Potencia eléctrica Potencia eléctrica consumida plena cargaconsumida plena carga

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 %

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 %



7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IIIde los motores asíncronos III


Rendimiento en vacío

Rendimiento Rendimiento en vacíoen vacío

Rendimiento a plena cargaRendimiento Rendimiento a plena cargaa plena carga

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

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



7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos IVde los motores asíncronos IV


fdp en vacío

fdpfdp en en vacíovacío

fdp a plena carga

fdpfdp a plena a 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

)

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

)



7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos Vde los motores asíncronos V


7.21. Características 7.21. Características funcionales de los motores funcionales de los motores

asíncronos VIasíncronos VI

VELOCIDADES DE GIRO TÍPICASVELOCIDADES DE GIRO TÍPICASFuente: ABB Fuente: ABB –– ““Guide for selecting Guide for selecting a motor”a motor”

NÚMERODE POLOS

VELOCIDADSINCRONISMO (RPM)

VELOCIDAD TÍPICAPLENA CARGA

2 3000 29004 1500 14406 1000 9608 750 720

10 600 58012 500 48016 375 360

Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmico

Evolución de la temperatura de los devanados desde el Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmicoarranque hasta el régimen permanente térmico

7.21. Características funcionales 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos VIIde los motores asíncronos VII



Tª 114 ºC:

Motor Clase F: Tª max= 155 ºC

Tª 114 ºC:Tª 114 ºC:

Motor Clase F: Motor Clase F: Tª Tª maxmax= 155 ºC= 155 ºC

7.22. Control de las características 7.22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mecánicas de los motores de inducción

mediante el diseño del rotor Imediante el diseño del rotor I

Resistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente

SSTMAX1TMAX1SSTMAX2TMAX2SSTMAX3TMAX3

ParPar

SS

EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJO

EL RENDIMIENTO DEL MOTOR EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJOES BAJO

Si la resistencia rotórica es elevada el par de arranque del motor

también lo es

Si la resistencia Si la resistencia rotórica rotórica es elevada es elevada el par de arranque del motor el par de arranque del motor

también lo estambién lo es

Si la resistencia rotórica es elevada el par máximo del motor aparece

con deslizamiento elevado

Si la resistencia Si la resistencia rotórica rotórica es elevada es elevada el par máximo del motor aparece el par máximo del motor aparece

con deslizamiento elevadocon deslizamiento elevado

[[[[ ]]]] gmi PSP ⋅⋅⋅⋅−−−−==== 1[[[[ ]]]] gmi PSP ⋅⋅⋅⋅−−−−==== 1

Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es bajaSi el deslizamiento es elevado la Si el deslizamiento es elevado la

potencia mecánica interna es bajapotencia mecánica interna es baja


mediante el diseño del rotor IImediante el diseño del rotor II

Motor con RR’ elevadaMotor con Motor con

RRRR’ elevada’ elevada

Motor con RR’ baja

Motor con Motor con RRRR’ baja’ baja

Buen par de arranqueBuen par de arranqueBuen par de arranque

Bajo rendimientoBajo rendimientoBajo rendimientoBajo par de arranqueBajo par de arranqueBajo par de arranque

Buen rendimientoBuen rendimientoBuen rendimiento SOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓN

MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN

DE LA RESISTENCIA ROTÓRICA

MOTOR DE ROTOR MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN BOBINADO: VARIACIÓN

DE LA RESISTENCIA DE LA RESISTENCIA ROTÓRICAROTÓRICA

DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES

SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIRO

DISEÑO DE UN ROTOR DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES ELÉCTRICAS VARIABLES

SEGÚN LA VELOCIDAD DE SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIROGIRO

Barras de pequeña Barras de pequeña secciónsección

Alta resistencia, baja reactancia de dispersión

Alta resistencia, Alta resistencia, baja reactancia baja reactancia de dispersiónde dispersión

Barras de ranura Barras de ranura profundaprofunda

Resistencia baja elevada

reactancia de dispersión

Resistencia baja Resistencia baja elevada elevada

reactancia de reactancia de dispersióndispersión

Doble jaulaDoble jaula

Combina las propiedades de

las dos anteriores

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


mediante el diseño del rotor IImediante el diseño del rotor II

La sección y geometría de las barras rotóricas determina sus propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la

velocidad de giro de la máquina

La sección y geometría de las barras La sección y geometría de las barras rotóricas rotóricas determina sus determina sus propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la propiedades eléctricas y la forma de variación de éstas con la

velocidad de giro de la máquinavelocidad de giro de la máquina

A menor sección

mayor RR’

A menor A menor sección sección

mayor Rmayor RRR’’


mediante el diseño del rotor IIImediante el diseño del rotor IIIRanura

estatóricaRanura Ranura

estatóricaestatórica

Circuito equivalente de una Circuito equivalente de una barra barra rotóricarotórica

ResistenciaResistencia Reactancia Reactancia dispersióndispersión

La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad =

que el flujo de dispersión

La reactancia de dispersión La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = aumenta con la profundidad =

que el flujo de dispersiónque el flujo de dispersión

Flujo de dispersión: se concentra hacia el interior

Flujo de dispersión: Flujo de dispersión: se concentra hacia se concentra hacia el interiorel interior

frotorELEVADA

ffrotorrotorELEVADAELEVADAARRANQUEARRANQUEARRANQUE S VALORES

ELEVADOSSS VALORES VALORES ELEVADOSELEVADOS

Reducción sección útil: aumento RR’

Reducción Reducción sección útil: sección útil: aumento Raumento RRR’’

Aumento del par de

arranque

Aumento del Aumento del par de par de

arranquearranque

Efecto de la reactancia de dispersión

(2ππππfrotor*Ldispersión)

MUY ACUSADO

Efecto de la reactancia Efecto de la reactancia de dispersión de dispersión

((22ππππππππffrotorrotor**LLdispersidispersióónn))

MUY ACUSADOMUY ACUSADO

La corriente circula sólo por la parte más externa de la barra

La corriente circula La corriente circula sólo por la parte más sólo por la parte más externa de la barraexterna de la barra

CONDICIONES NOMINALES

CONDICIONES CONDICIONES NOMINALESNOMINALES

S VALORES BAJ0S

SS VALORES VALORES BAJ0SBAJ0S

frotorBAJAffrotorrotorBAJABAJA

Mejora del rendimientoMejora del Mejora del

rendimientorendimiento

Aumento sección util:

Reducción RR’ y Par

Aumento Aumento sección sección utilutil: :

Reducción RReducción RRR’ ’ y Pary Par

La corriente circula por toda la sección

de la barra

La corriente circula La corriente circula por toda la sección por toda la sección

de la barrade la barra

Efecto de la reactancia de dispersión

(2ππππfrotor*Ldispersión)

MUY POCO ACUSADO

Efecto de la reactancia Efecto de la reactancia de dispersión de dispersión

((22ππππππππffrotorrotor**LLdispersidispersióónn))

MUY POCO ACUSADOMUY POCO ACUSADO

DURANTE EL ARRANQUE DURANTE EL ARRANQUE CIRCULA UN 41,93% DE CIRCULA UN 41,93% DE LA CORRIENTE POR LA LA CORRIENTE POR LA

ZONA ROJA DE LA BARRAZONA ROJA DE LA BARRA

DURANTE EL FUNCIONADURANTE EL FUNCIONA--MIENTO EN CONDICIOMIENTO EN CONDICIO--

NES NOMINALES CIRCUNES NOMINALES CIRCU--LA UN 24,35% DE LA LA UN 24,35% DE LA

CORRIENTE POR LA ZONA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA BARRAROJA DE LA BARRA

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

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

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 SIMULADO

Fabricante: SIEMENSPotencia: 11 kWTensión: 380 VCorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMPolos: 4

MOTOR SIMULADOMOTOR SIMULADO

Fabricante: SIEMENSFabricante: SIEMENSPotencia: 11 Potencia: 11 kWkWTensión: 380 VTensión: 380 VCorriente: 22 ACorriente: 22 AVelocidad : 1450 RPMVelocidad : 1450 RPMPolos: 4Polos: 4

LÍNEAS DE CAMPO DURANTE LÍNEAS DE CAMPO DURANTE EL ARRANQUEEL ARRANQUE

LÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONALÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA--MIENTO NOMINALMIENTO NOMINAL

Las líneas de campose concentran en la

superficie

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 motores 7.23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas según el tipo de rotor: Normas

NEMA INEMA I

Clase BClase BClase B

Clase AClase AClase A

Clase CClase CClase CClase DClase DClase D

T/T/TnomTnom

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 elevada 5 Corriente arranque elevada 5

–– 8 In8 In Rendimiento altoRendimiento alto Uso en bombas, ventiladores, Uso en bombas, ventiladores,

máquina herramienta, etc, máquina herramienta, etc, hasta 5,5 hasta 5,5 kWkW

Para potencias > 5,5 Para potencias > 5,5 kW kW se se usan sistemas de arranque usan sistemas de arranque para limitar la corrientepara limitar la corriente

MOTOR CLASE AMOTOR CLASE A

Par arranque similar clase APar arranque similar clase A 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 clase Aplicaciones similares al clase

A pero con < I arranqueA pero con < I arranque Son LOS MÁS UTILIZADOSSon LOS MÁS UTILIZADOS

MOTOR CLASE BMOTOR CLASE B Par arranque elevado (2 veces Par arranque elevado (2 veces

Tnom Tnom aprox.)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 Tmax < clase A< clase A

MOTOR CLASE C (Doble jaula)MOTOR CLASE C (Doble jaula)

Par arranque muy elevado (> 3 Par arranque muy elevado (> 3 TnomTnom)) Corriente de arranque bajaCorriente de arranque baja Par nominal con S elevado (7 Par nominal con S elevado (7 ––17%)17%) Rendimiento bajoRendimiento bajo Aplicación en accionamientos intermitentes Aplicación en accionamientos intermitentes

que requieren acelerar muy rápidoque requieren acelerar muy rápido

MOTOR CLASE DMOTOR CLASE D

7.23. Clasificación de los motores 7.23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA IIsegún el tipo de rotor: Normas NEMA II

7.24. Características mecánicas 7.24. Características mecánicas de las cargas más habituales de de las cargas más habituales de

los motores de inducciónlos motores de inducción

Bombas centrífugasBombas centrífugas Compresores centrífugosCompresores centrífugos Ventiladores y soplantesVentiladores y soplantes CentrifugadorasCentrifugadoras

TTRR=K*N=K*N22

PrensasPrensas Máquinas herramientasMáquinas herramientas

TTRR=K*N=K*N

Máquinas elevaciónMáquinas elevación Cintas transportadorasCintas transportadoras Machacadoras y trituradorasMachacadoras y trituradoras Compresores y bombas de Compresores y bombas de

pistonespistones

TTRR=K=K

BobinadorasBobinadoras Máquinas fabricación chapaMáquinas fabricación chapa

TTRR=K/N=K/NTR=K

TR=K/N

TR=K*NTR=K*N2

N

TR

TR=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 máximaCorriente máximaCorriente máxima

Corriente máximaCorriente máximaCorriente máxima

Corriente de vacíotras alcanzar

velocidad máxima

Corriente de vacíoCorriente de vacíotras alcanzar tras alcanzar

velocidad máximavelocidad máxima

Corriente nominaltras alcanzar

velocidad máxima

Corriente nominalCorriente nominaltras alcanzar tras alcanzar

velocidad máximavelocidad máxima

Duración del arranque

Duración del arranque

LA CORRIENTE MÁXIMA NO DE-

PENDE DE LA CARGA

LA CORRIENTE LA CORRIENTE MÁXIMA NO DEMÁXIMA NO DE--

PENDE DE LA CARGAPENDE DE LA CARGAFabricante: EMODPotencia: 7,5 kWTensión: 380 VCorriente: 17 AVelocidad : 946 RPMPolos: 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 arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es

necesario disponer procedimientos específicos para el arranque

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 arranquenecesario disponer procedimientos específicos para el arranque

Sólo válido en motores pequeños o Sólo válido en motores pequeños o en las centrales eléctricasen las centrales eléctricas

Sólo válido en motores de rotor Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos bobinado y anillos rozantesrozantes

El método más barato y utilizadoEl método más barato y utilizado

Reducción de la tensión durante Reducción de la tensión durante el arranque mediante el arranque mediante autotrafoautotrafo

Gobierno del motor durante el Gobierno del motor durante el arranque por equipo electrónicoarranque por equipo electrónico

Métodos de arranque

Métodos de Métodos de arranquearranque

Arranque directo de la redArranque directo de la redArranque directo de la red

Arranque mediante inserción de resistencias en el rotor

Arranque mediante inserción Arranque mediante inserción de resistencias en el rotorde resistencias en el rotor

Arranque estrella – triánguloArranque estrella Arranque estrella –– triángulotriángulo

Arranque con autotransformador

Arranque con Arranque con autotransformadorautotransformador

Arranque con arrancadores estáticos

Arranque con arrancadores Arranque con arrancadores estáticosestáticos

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

'XXS

'RR

V'I

RthR

th

thR

++++++++

++++

====

[ ] [ ] 22 'XX'RR

V'IRthRth

tharranqueR

+++=

[ ] [ ] 22 'XX'RR

V'IRthRth

tharranqueR

+++=

PAR DE ARRANQUEPAR DE ARRANQUE

Par de un motor asíncrono.

En el arranque S=0Par de un motor asíncrono. Par de un motor asíncrono.

En el arranque En el arranque S=0S=0

Corriente rotórica.

En el arranque S=0Corriente Corriente rotóricarotórica. .

En el arranque En el arranque S=0S=0

[[[[ ]]]]22

23

'XXS

'RR

S'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

[[[[ ]]]]22

23

'XXS

'RR

S'RVP

T

RthR

th

Rth

SS

gi

++++++++

++++

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

[[[[ ]]]] [[[[ ]]]]22

23'XX'RR

'RVPT

RthRth

Rth

SS

gArranque

++++++++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ==== [[[[ ]]]] [[[[ ]]]]22

23'XX'RR

'RVPT

RthRth

Rth

SS

gArranque

++++++++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ====

ΩΩΩΩ====

23ArranqueRR

SArranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== 23

ArranqueRRS

Arranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ

====

7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos V: arranque por inserción asíncronos V: arranque por inserción

de resistencias de resistencias rotóricasrotóricasResistencia rotórica crecienteResistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente

RR’1RRRR’’11

ParParPar

SSS

RR’2RRRR’’22RR’3RRRR’’33

Para el arranque de la máquina se

introducen resistencias entre

los anillos rozantes que se van eliminando

conforme aumenta la

velocidad de giro

Para el arranque Para el arranque de la máquina se de la máquina se

introducen introducen resistencias entre resistencias entre

los anillos los anillos rozantes rozantes que se que se van eliminando van eliminando

conforme conforme aumenta la aumenta la

velocidad de girovelocidad de giro

Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos rozantes

Sólo vale para los motores de rotor bobinado y Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos anillos rozantesrozantes

7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VI: arranque mediante asíncronos VI: arranque mediante

autotrafoautotrafo

C3

M

C2

C1

RST

C3

M

C2

C1

RST

Para el arranque de la máquina se introduce un autotransformador

reductor (rt>1)

Para el arranque de la máquina se Para el arranque de la máquina se introduce un introduce un autotransformador autotransformador

reductor (reductor (rtrt>1) >1)

Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión reducida

Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor arranca con la tensión reducidamotor arranca con la tensión reducida

En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión

ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado del

autotrafo

En las proximidades de plena carga C2 se En las proximidades de plena carga C2 se abre: el motor soporta una tensión abre: el motor soporta una tensión

ligeramente inferior a la red debido a las ligeramente inferior a la red debido a las caídas de tensión en el devanado del caídas de tensión en el devanado del

autotrafoautotrafo

Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la red

Se cierra C3: el motor soporta toda la Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la redtensión de la red

C3

M

C1

RST

C3

M

C1

RST

M

C2

C1

RST

M

C2

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 --

triángulotriánguloXs RsIarr

XR’ RR’

3líneaV

Xs RsIarrXR’ RR’

3líneaV Se desprecia

la rama en paralelo

Se desprecia Se desprecia la rama en la rama en

paraleloparaleloS=1S=1

Circuito equivalente del motor Circuito equivalente del motor durante el arranquedurante el arranque

ZccIarr

3líneaV

ZccIarr

3líneaV

CC

línea

arranque Z

V

I 3=CC

línea

arranque Z

V

I 3=

El arranque estrella El arranque estrella -- triángulo consiste en conectar los devanados del triángulo consiste en conectar los devanados del motor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexiónmotor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexión en en

triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad

El motor conectado en estrella consume menos corriente y entregaEl motor conectado en estrella consume menos corriente y entregamenos par. De este modo, se limita la corriente de arranque. menos par. De este modo, se limita la corriente de arranque.

7.25. El arranque de los motores 7.25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella asíncronos VII: arranque estrella --

triángulotriánguloR

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc

3triánguloarrI −Iarr-triángulo

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc


Vlínea

CC

línea

estrellaarr Z

V

I 3=−CC

línea

estrellaarr Z

V

I 3=−CC

líneatriánguloarr Z

VI 3=−

CC

líneatriánguloarr Z

VI 3=−

3triánguloarr

estrellaarrI

I −− = 3

triánguloarrestrellaarr

II −

− =

Esta relación es válida para las dos conexiones. La Esta relación es válida para las dos conexiones. La corriente que aparece en ella es la que circula por corriente que aparece en ella es la que circula por ZZcccc

estrellaarrtriánguloarr TT −− = 3 estrellaarrtriánguloarr TT −− = 3

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

Zcc

Zcc

3líneaV

Iarr-estrella

Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc


Vlínea

R

ST

Zcc

ZccZcc


Vlínea

3triánguloarr

estrellaarrI

I −− =

3triánguloarr

estrellaarrI

I −− =

23ArranqueRR

SArranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== 23

ArranqueRRS

Arranque 'I'RT ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ

====

23estrellaArrRR

SestrellaArr 'I'RT −−−−−−−− ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== 23

estrellaArrRRS

estrellaArr 'I'RT −−−−−−−− ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ΩΩΩΩ

====2

33

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== −−−−

−−−−triánguloArrR

RS

triánguloArr'I

'RT2

33

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ΩΩΩΩ==== −−−−

−−−−triánguloArrR

RS

triánguloArr'I

'RT

Arrancadores estáticos con microprocesador de Arrancadores estáticos con microprocesador de potencias hasta 2500 potencias hasta 2500 kW kW 7200V7200V

Arrancador 90 kW 690VArrancador 90 Arrancador 90 kW kW 690V690V

Arrancador 4 Arrancador 4 kWkWArrancador para Arrancador para

aplicaciones aplicaciones navales y militaresnavales y militares

ArrancadoresArrancadoresestáticosestáticos



7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos Ilos motores asíncronos I

Existen aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un paExisten aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un par de r de frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este caso, caso, las propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograrlas propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograr el el

frenado.frenado.

FRENADO REGENERATIVO O POR FRENADO REGENERATIVO O POR RECUPERACIÓN DE ENERGÍARECUPERACIÓN DE ENERGÍA

FRENADO POR CONTRACORRIENTE O FRENADO POR CONTRACORRIENTE O CONTRAMARCHACONTRAMARCHA

FRENADO DINÁMICO (Por inyección FRENADO DINÁMICO (Por inyección de CC)de CC)

TIPOS DE FRENADO TIPOS DE FRENADO ELÉCTRICOELÉCTRICO

Par resistentePar resistentePar resistente

Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)Velocidad (RPM)

ParParPar

Curva de Curva de funcionamiento funcionamiento

con con 2P2P polospolos

Curva de Curva de funcionamiento funcionamiento

con con PP polospolos

NNsPsPNNs2Ps2PFRENADO FRENADO REGENERATIVOREGENERATIVO

7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IIlos motores asíncronos II

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 2P2Ppolos. El frenado se consigue polos. El frenado se consigue al convertirse el motor en generadoral convertirse el motor en generador. La energía . La energía

generada se disipa en resistencias o se devuelve a la redgenerada se disipa en resistencias o se devuelve a la red

PfN Ps

⋅= 602 P

fN Ps⋅= 60

2

PsPs NP

fP

fN 22602

2

60 =⋅=⋅= PsPs NP

fP

fN 22602

2

60 =⋅=⋅=

7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IIIlos motores asíncronos III

MMRRSSTT

MMRRSSTT

Funcionamiento Funcionamiento normal: giro en un normal: giro en un

sentidosentido

Frenado a Frenado a contracorrientecontracorriente: : inverinver--siónsión del sentido de girodel sentido de giro

Par resistentePar resistentePar resistente

CorrienteCorrienteCorrienteGiro horarioGiro Giro horariohorario

Giro anti-horario

Giro Giro antianti--horariohorario

ZONA DE FRENO

ZONA ZONA DE DE FRENOFRENO

S>1S>1S>1

SS

S

S

S

NN

NNN

NNNS +=+=

−−−= 1

SS

S

S

S

NN

NNN

NNNS +=+=

−−−= 1

21 ≅> SS 21 ≅> SS

Par de frenado bajoPar de frenado bajo Frenado en zona Frenado en zona inestainesta--

bleble de la curva Parde la curva Par--SS Corriente durante el Corriente durante el frefre--

nado muy altanado muy alta Solicitación del rotor muy Solicitación del rotor muy

elevadaelevada Necesario construcción Necesario construcción

especialespecial

LIMITACIONESLIMITACIONES

7.26. El frenado eléctrico de 7.26. El frenado eléctrico de los motores asíncronos IVlos motores asíncronos IV

El El FRENADO DINÁMICOFRENADO DINÁMICO consiste en dos acciones sobre el consiste en dos acciones sobre el funcionamiento del motor: eliminación de la alimentación en altefuncionamiento del motor: eliminación de la alimentación en alterna rna

e inyección de CC por el estator.e inyección de CC por el estator.

La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo La inyección de CC provoca la aparición de un campo de eje fijo que que genera un par de frenadogenera un par de frenado

Equipo para el frenado de Equipo para el frenado de motores asíncronos por motores asíncronos por

inyección de CC (Potencia inyección de CC (Potencia 315 315 kWkW))


Resistencias para frenado Resistencias para frenado reostático reostático de motoresde motores


7.27. Cálculo de tiempos de 7.27. Cálculo de tiempos de arranque y frenado arranque y frenado

∫ ⋅= dmrJ 2∫ ⋅= dmrJ 2 2mKg ⋅ 2mKg ⋅Momento de inercia de un Momento de inercia de un

cuerpo de masa cuerpo de masa mm respecto a respecto a un eje. un eje. rr es la distancia al ejees la distancia al eje

[ ]dtdJJTT argcmotR

ωωωω+=− [ ]dtdJJTT argcmotR

ωωωω+=−

Ecuación de la dinámica de rotación: Ecuación de la dinámica de rotación: TT es el par motor, es el par motor, TTRR el par el par

resistente resistente JJmotmot el momento de el momento de inercia del motor, inercia del motor, JJcargcarg el de la carga el de la carga

y y ωωωωωωωω la pulsacila pulsacióón de giron de giro

ωωωωωωωω

dTTJJ

tnominal

R

argcmotarranque ⋅

−+

= ∫0

ωωωωωωωω

dTTJJ

tnominal

R

argcmotarranque ⋅

−+

= ∫0

Integrando la Integrando la ecuación se obtiene ecuación se obtiene

el tiempo de el tiempo de arranquearranque

[ ] ωωωωωωωω

dTTTJJ

tnominal

frenoR

argcmotfrenado ⋅

+−

+= ∫

0

[ ] ωωωωωωωω

dTTTJJ

tnominal

frenoR

argcmotfrenado ⋅

+−

+= ∫

0 TTRR+ + TTfrenofreno es el par es el par resistente total si se resistente total si se

incluye un incluye un procedimiento procedimiento

adicional de frenadoadicional de frenado

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 la velocidad de giro de la máquinamáquina

Variación de la Variación de la velocidad del campo velocidad del campo

giratoriogiratorio

Variar PVariar PVariar fVariar f

Cambio en la Cambio en la conexión del conexión del

estatorestator

Variación Variación discreta de discreta de la velocidadla velocidad

Sólo posible 2 o 3 Sólo posible 2 o 3 velocidades velocidades

distintasdistintas

Motores con Motores con devanados devanados especialesespeciales

Equipo Equipo eléctrónico eléctrónico para para variar frecuencia variar frecuencia

de redde red

Control de Control de velocidad en velocidad en

cualquier rango cualquier rango para cualquier para cualquier

motormotor

PfNS

⋅= 60P

fNS⋅= 60

7.28. La variación de velocidad de 7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos II: los motores asíncronos II:

métodos particularesmétodos particularesResistencia rotórica crecienteResistencia Resistencia rotórica rotórica crecientecreciente

RR’1RRRR’’11

ParParPar

SSS

RR’2RRRR’’22RR’3RRRR’’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 velocidad

Variación de la Variación de la velocidadvelocidad

0,8Vn0,8V0,8Vnn

VnVnVn

Reducción tensiónReducción tensiónReducción tensiónParParPar

SSS

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 velocidad de 7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos III: los motores asíncronos III: Variación de la frecuenciaVariación de la frecuencia

fnffnn

Reducción frecuenciaReducción Reducción frecuenciafrecuenciaParParPar

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD POR VARIACIÓN DE LA FRECUENCIAVARIACIÓN DE LA FRECUENCIA

NSNNSS

0,75fn0,75f0,75fnn

0,75NS0,75N0,75NSS

0,5fn0,5f0,5fnn

0,5NS0,5N0,5NSS

SSS

PfNS

⋅= 60P

fNS⋅= 60

VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE

VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDAD

VARIANDO DE FORMA CONTINUA VARIANDO DE FORMA CONTINUA LA FRECUENCIA SE PUEDE LA FRECUENCIA SE PUEDE

VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VARIAR DE FORMA CONTÍNUA LA VELOCIDADVELOCIDAD

Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la máquina se

sature es necesario mantener la relación V/f constante: al

disminuir f se aumenta V y viceversa

Al reducir la frecuencia aumenta el Al reducir la frecuencia aumenta el flujo. Para evitar que la máquina se flujo. Para evitar que la máquina se

sature es necesario mantener la sature es necesario mantener la

relación relación V/f constanteV/f constante: al : al disminuir f se aumenta V y viceversadisminuir f se aumenta V y viceversa

7.28. La variación de velocidad de 7.28. La variación de velocidad de los motores asíncronos III: los motores asíncronos III: variación de la frecuenciavariación de la frecuencia

Rectificador Inversor

Motor deInducción

Sistemaeléctricotrifásico

FiltroRectificador 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

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 inversor IFuncionamiento del inversor I

Tensión del rectificador sin filtroTensión del rectificador sin filtro Tensión del rectificador con filtroTensión del rectificador con filtro

La tensión después del condensador es continuaLa tensión después del La tensión después del

condensador es continuacondensador es continua

Funcionamiento del inversor IIFuncionamiento del inversor II

El disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocEl disparo de los IGBT’s se realiza utilizando una técnica conocida ida como como PWMPWM ((Pulse Pulse width modulationwidth modulation) ) que consiste en comparar una que consiste en comparar una

señal (portadora) triangular con una señal (moduladora) señal (portadora) triangular con una señal (moduladora) senoidalsenoidal

De esta comparación se obtiene una señal similar a la De esta comparación se obtiene una señal similar a la senoidal senoidal pero escalonada para cada una de las fases del inversorpero escalonada para cada una de las fases del inversor

Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es Variando la amplitud y frecuencia de moduladora y portadora es posible obtener señales de distinta frecuencia y tensión a la posible obtener señales de distinta frecuencia y tensión a la

salida del inversorsalida del inversor

Rmot Smot Tmot

Bus detensióncontínua

Rmot Smot Tmot


El inversor haciendo El inversor haciendo conmutar los IGBT’s conmutar los IGBT’s “trocea” “trocea” la tensión continua con la que la tensión continua con la que

es alimentadoes alimentado

Funcionamiento del inversor IIIFuncionamiento del inversor III

1 / f 1

-1

0

1

0 1 /2 f 1

A

1 / f 1

-1

0

1

0 1 /2 f 1

B

Rmot Smot Tmot


Rmot Smot Tmot


2 0 m S0 2 0 m S0

Señales modula-dora y portadoraSeñales modulaSeñales modula--dora y portadoradora y portadora

TENSIÓN DE TENSIÓN DE SALIDA EN SALIDA EN LA FASE RLA FASE R

11

22

Cuando triangular < senoidal dispara el 1Cuando triangular < Cuando triangular < senoidal senoidal dispara el 1dispara el 1

Inversor 55 Inversor 55 kW kW 0 0 –– 400 400 Hz Hz para motor para motor asíncrono con control asíncrono con control

vectorialvectorialInversor 0,75 Inversor 0,75 kW kW 0 0 –– 120 120 Hz Hz para para

control de máquina control de máquina herramientaherramienta

Inversor 2,2kW Inversor 2,2kW 0 0 –– 400Hz de 400Hz de

propósito generalpropósito general

Convertidor para Convertidor para motor de CCmotor de CC

VariadoresVariadoresde de

velocidadvelocidad


7.29. Selección de un motor 7.29. Selección de un motor para una aplicación específicapara una aplicación específica

SELECCIONAR 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 CARGAPARA ARRASTRA LA CARGA

SELECCIONAR VELOCIDAD SELECCIONAR VELOCIDAD (P) EN FUNCIÓN (P) EN FUNCIÓN

VELOCIDAD CARGAVELOCIDAD CARGA

SELECCIONAR FORMA SELECCIONAR FORMA NORMALIZADA DE NORMALIZADA DE

MONTAJE EN FUNCIÓN DE MONTAJE EN FUNCIÓN DE UBICACIÓNUBICACIÓN

SELECCIONAR CLASE DE SELECCIONAR CLASE DE AISLAMIENTO EN FUNCIÓN AISLAMIENTO EN FUNCIÓN Tª ESPERADA Y AMBIENTE Tª ESPERADA Y AMBIENTE

DE TRABAJODE TRABAJO

SELECCIONAR SELECCIONAR CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA

MECÁNICA EN FUNCIÓN MECÁNICA EN FUNCIÓN DE PAR DE ARRANQUE Y DE PAR DE ARRANQUE Y

RESISTENTE DE LA CARGARESISTENTE DE LA CARGAABB ABB –– ““Guide for selecting Guide for selecting a motor”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 generadorpuede utilizar como generador

Por encima de la velocidad Por encima de la velocidad de sincronismo el par se de sincronismo el par se

vuelve resistente y entrega vuelve resistente y entrega energía eléctricaenergía eléctrica

Los generadores asíncronos se Los generadores asíncronos se utilizan en sistemas de utilizan en sistemas de

generación donde la fuente generación donde la fuente primaria es muy variable: primaria es muy variable: energía eólica e energía eólica e hidraúlicahidraúlica

La máquina asíncrona La máquina asíncrona convierte energía mecánica convierte energía mecánica

en eléctrica siempre que en eléctrica siempre que trabaja por encima de la trabaja por encima de la

velocidad de sincronismo. velocidad de sincronismo. NO ES NECESARIO QUE NO ES NECESARIO QUE

GIRE A VELOCIDAD GIRE A VELOCIDAD CONSTANTECONSTANTEEn la actualidad existen máquinas En la actualidad existen máquinas

con doble alimentación rotor con doble alimentación rotor ––estator para mejorar el rendimiento estator para mejorar el rendimiento

en generación eólica e hidráulicaen generación eólica e hidráulica

tema vii: la máquina asíncrona - departament de...

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