16. Cálculo del par de una máquina asíncrona I (Gp:) CALCULANDO EL EQUIVALENTE THEVENIN ENTRE A y B Se puede despreciar Rfe
16. Cálculo del par de una máquina asíncrona II
17. Curvas de respuesta mecánica par – velocidad I (Gp:) S>1 (Gp:) 0<0 (Gp:) Zona de funcionamiento estable como motor
17. Curvas de respuesta mecánica par – velocidad II La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena carga El 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 Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensión
17. Curvas de respuesta mecánica par – velocidad III (Gp:) Banda de dispersión Catálogos comerciales
17. Curvas de respuesta mecánica par – velocidad IV Catálogos comerciales
18. Par máximo de un motor de inducción I El par será máximo cuando Pg sea máxima, es decir cuando se transfiera a RR’/S la máxima potencia TEOREMA TRANSFERENCIA MÁX. POT
18. Par máximo de un motor de inducción II (Gp:) Resistencia rotórica creciente (Gp:) STMAX1 (Gp:) STMAX2 (Gp:) STMAX3 (Gp:) Par (Gp:) S (Gp:) EL deslizamiento al que se produce el par máximo SÍ DEPENDE DE RR’ Esta propiedad se usa para el arran-que mediante inserción de resisten-cias en máquinas de rotor bobinado (Gp:) El par máximo NO depende de la resistencia rotórica RR’
19. Ensayo de rotor libre En vacío S?0: Al no circular corriente por RR’ puede considerarse que en este ensayo las pérdidas en el Cu son sólo las del estator (Gp:) I0(t) (Gp:) Motor girando sin carga (Gp:) Condiciones ensayo: (Gp:) W1 (Gp:) W2 (Gp:) A (Gp:) U1(t) (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) V y f nominales (Gp:) Z0 (Gp:) Impedancia por fase del motor
20. Ensayo de rotor bloqueado I (Gp:) I1n(t) (Gp:) Rotor bloqueado (Gp:) Condiciones ensayo: (Gp:) W1 (Gp:) W2 (Gp:) A (Gp:) Ucc(t) (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) V reducida e I nominal (Gp:) V (Gp:) El ensayo se realiza subiendo gradualmente la tensión de ali-mentación hasta que la corrien-te circulante sea la nominal (Gp:) Se puede despreciar la rama paralelo Tensión de ensayo muy reducida Corriente por X? despreciable Muy pocas pérdidas Fe Rfe despreciable (Gp:) Zcc (Gp:) Se elimina rama paralelo
20. Ensayo de rotor bloqueado II (Gp:) Se puede despreciar la rama paralelo (Gp:) Zcc CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTE (Gp:) XS y XR’ (Gp:) Regla empírica según tipo de motor (Gp:) MOTOR CLASE A: (Gp:) MOTOR CLASE B: (Gp:) MOTOR CLASE C: (Gp:) MOTOR CLASE D: (Gp:) RS Se obtiene por medición directa sobre los devanados del estator
CÁLCULO PARÁMETROS CIRCUITO EQUIVALENTE 20. Ensayo de rotor bloqueado III (Gp:) X? (Gp:) Después de aplicar la Regla empírica anterior para obtener las reactancias de rotor y estator se aplica el resultado del ensayo de vacío (Gp:) RR’ (Gp:) Se obtiene restando a RCC (Ensayo de rotor bloqueado) el valor de RS (medición directa)
21. Características funcionales de los motores asíncronos I Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 (Gp:) Velocidad de sincronismo (Gp:) Corriente de vacío (Gp:) Corriente nominal
Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 21. Características funcionales de los motores asíncronos II (Gp:) Velocidad de sincronismo (Gp:) Potencia eléctrica consumida plena carga
Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 21. Características funcionales de los motores asíncronos III (Gp:) Velocidad de sincronismo (Gp:) Rendimiento en vacío (Gp:) Rendimiento a plena carga
Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 21. Características funcionales de los motores asíncronos IV (Gp:) Velocidad de sincronismo (Gp:) fdp en vacío (Gp:) fdp a plena carga
Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 21. Características funcionales de los motores asíncronos V (Gp:) Velocidad de sincronismo
21. Características funcionales de los motores asíncronos VI VELOCIDADES DE GIRO TÍPICAS Fuente: ABB – “Guide for selecting a motor”
(Gp:) Evolución de la temperatura de los devanados desde el arranque hasta el régimen permanente térmico 21. Características funcionales de los motores asíncronos VII Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 (Gp:) Tª 114 ºC: Motor Clase F: Tª max= 155 ºC
22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño del rotor I (Gp:) Resistencia rotórica creciente (Gp:) STMAX1 (Gp:) STMAX2 (Gp:) STMAX3 (Gp:) Par (Gp:) S EL RENDIMIENTO DEL MOTOR ES BAJO Si la resistencia rotórica es elevada el par de arranque del motor también lo es Si la resistencia rotórica es elevada el par máximo del motor aparece con deslizamiento elevado (Gp:) Si el deslizamiento es elevado la potencia mecánica interna es baja
22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño del rotor II Motor con RR’ elevada Motor con RR’ baja (Gp:) Buen par de arranque (Gp:) Bajo rendimiento (Gp:) Bajo par de arranque (Gp:) Buen rendimiento (Gp:) SOLUCIÓN (Gp:) MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA ROTÓRICA (Gp:) DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIRO
(Gp:) Barras de pequeña sección (Gp:) Alta resistencia, baja reactancia de dispersión (Gp:) Barras de ranura profunda (Gp:) Resistencia baja elevada reactancia de dispersión (Gp:) Doble jaula (Gp:) Combina las propiedades de las dos anteriores (Gp:) Pueden usarse dos tipos de material con diferente resistividad 22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante 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 A menor sección mayor RR’
22. Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño del rotor III (Gp:) Ranura estatórica Circuito equivalente de una barra rotórica (Gp:) Resistencia (Gp:) Reactancia dispersión (Gp:) La reactancia de dispersión aumenta con la profundidad = que el flujo de dispersión (Gp:) Flujo de dispersión: se concentra hacia el interior
frotor ELEVADA ARRANQUE S VALORES ELEVADOS Reducción sección útil: aumento RR’ Aumento del par de arranque Efecto de la reactancia de dispersión (2?frotor*Ldispersión) MUY ACUSADO La corriente circula sólo por la parte más externa de la barra CONDICIONES NOMINALES S VALORES BAJ0S frotor BAJA Mejora del rendimiento Aumento sección util: Reducción RR’ y Par La corriente circula por toda la sección de la barra Efecto de la reactancia de dispersión (2?frotor*Ldispersión) MUY POCO ACUSADO
(Gp:) DURANTE EL ARRANQUE CIRCULA UN 41,93% DE LA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA BARRA (Gp:) DURANTE EL FUNCIONA-MIENTO EN CONDICIO-NES NOMINALES CIRCU-LA UN 24,35% DE LA CORRIENTE POR LA ZONA ROJA DE LA BARRA Simulación del efecto real MOTOR SIMULADO Fabricante: SIEMENS Potencia: 11 kW Tensión: 380 V Corriente: 22 A Velocidad : 1450 RPM Polos: 4
LÍNEAS DE CAMPO DURANTE EL ARRANQUE (Gp:) LÍNEAS DE CAMPO EN FUNCIONA- MIENTO NOMINAL (Gp:) Las líneas de campo se concentran en la superficie Simulación del campo real durante un arranque
23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA I (Gp:) Clase B (Gp:) Clase A (Gp:) Clase C (Gp:) Clase D (Gp:) T/Tnom (Gp:) S (Gp:) 1,5 (Gp:) 2 (Gp:) 2,5 (Gp:) 3 (Gp:) Par de arranque bajo Par nominal con S<5% Corriente arranque elevada 5 – 8 In Rendimiento alto Uso en bombas, ventiladores, máquina herramienta, etc, hasta 5,5 kW Para potencias > 5,5 kW se usan sistemas de arranque para limitar la corriente (Gp:) MOTOR CLASE A
(Gp:) Par arranque similar clase A Corriente arranque 25% < clase A Par nominal con S<5% Rendimiento Alto Aplicaciones similares al clase A pero con < I arranque Son LOS MÁS UTILIZADOS (Gp:) MOTOR CLASE B (Gp:) Par arranque elevado (2 veces Tnom aprox.) Corriente de arranque baja Par nominal con S<5% Rendimiento Alto Aplicaciones que requieren alto par de arranque Tmax < clase A (Gp:) MOTOR CLASE C (Doble jaula) (Gp:) Par arranque muy elevado (> 3 Tnom) Corriente de arranque baja Par nominal con S elevado (7 –17%) Rendimiento bajo Aplicación en accionamientos intermitentes que requieren acelerar muy rápido (Gp:) MOTOR CLASE D 23. Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA II
24. Características mecánicas de las cargas más habituales de los motores de inducción (Gp:) Bombas centrífugas Compresores centrífugos Ventiladores y soplantes Centrifugadoras (Gp:) TR=K*N2 (Gp:) Prensas Máquinas herramientas (Gp:) TR=K*N (Gp:) Máquinas elevación Cintas transportadoras Machacadoras y trituradoras Compresores y bombas de pistones (Gp:) TR=K (Gp:) Bobinadoras Máquinas fabricación chapa (Gp:) TR=K/N
25. El arranque de los motores asíncronos I
(Gp:) Arranque en vacío (Gp:) Arranque a plena carga (Gp:) Corriente máxima (Gp:) Corriente máxima (Gp:) Corriente de vacío tras alcanzar velocidad máxima (Gp:) Corriente nominal tras alcanzar velocidad máxima (Gp:) Duración del arranque (Gp:) Duración del arranque LA CORRIENTE MÁXIMA NO DE-PENDE DE LA CARGA Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6
25. El arranque de los motores 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 Sólo válido en motores pequeños o en las centrales eléctricas Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos rozantes El método más barato y utilizado Reducción de la tensión durante el arranque mediante autotrafo Gobierno del motor durante el arranque por equipo electrónico (Gp:) Métodos de arranque (Gp:) Arranque directo de la red (Gp:) Arranque mediante inserción de resistencias en el rotor (Gp:) Arranque estrella – triángulo (Gp:) Arranque con autotransformador (Gp:) Arranque con arrancadores estáticos
25. El arranque de los motores asíncronos III PAR DE ARRANQUE Par de un motor asíncrono. En el arranque S=0 Corriente rotórica. En el arranque S=0
25. El arranque de los motores asíncronos V: arranque por inserción de resistencias rotóricas (Gp:) Resistencia rotórica creciente RR’1 Par S RR’2 RR’3 Para el arranque de la máquina se introducen resistencias entre los anillos rozantes que se van eliminando conforme aumenta la velocidad de giro Sólo vale para los motores de rotor bobinado y anillos rozantes
25. El arranque de los motores asíncronos VI: arranque mediante autotrafo Para el arranque de la máquina se introduce un autotransformador reductor (rt>1) Inicialmente C1 y C2 están cerrados: el motor 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 Se cierra C3: el motor soporta toda la tensión de la red
Fases del arranque con autotransformador 1 2 3 (Gp:) Ligera caída de tensión
25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella – triángulo (Gp:) Se desprecia la rama en paralelo (Gp:) S=1 (Gp:) Circuito equivalente del motor durante el arranque El arranque estrella – triángulo consiste en conectar los devanados del motor en estrella para arrancar la máquina conmutando a conexión en triángulo una vez que la máquina ha elevado su velocidad El motor conectado en estrella consume menos corriente y entrega menos par. De este modo, se limita la corriente de arranque.
25. El arranque de los motores asíncronos VII: arranque estrella – triángulo
Esta relación es válida para las dos conexiones. La corriente que aparece en ella es la que circula por Zcc
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