Motores de corriente alterna (página 2)

Figura 3: Principio de funcionamiento de un motor de inducción.

Cuando se alimenta el estátor de un motor asíncrono con un sistema trifásico de tensiones de frecuencia f1, se origina en el entrehierro un campo magnético giratorio de amplitud constante

60 f 1

cuya velocidad es n1

= , donde p es el número de pares de polos del motor. Esta velocidad

p

recibe el nombre de velocidad de sincronismo.

En los conductores del rotor, el campo giratorio inducirá unas fuerzas electromagnéticas, que al estar el devanado en cortocircuito darán lugar a unas corrientes. Éstas en presencia de un campo magnético, determinan que sobre los conductores actúen unas fuerzas, las cuales producen un par, que de acuerdo a la ley de Lenz, hace que el rotor tienda a seguir el campo del estátor.

La velocidad de giro del rotor (n) no podrá igualar a la de sincronismo n1, ya que entonces no se produciría la variación de flujo en el devanado del rotor y no se induciría ninguna fuerza electromagnética. Se denomina deslizamiento (s), a la velocidad relativa del campo giratorio

n1 – n

respecto del rotor, expresado en tanto por uno de la velocidad del campo, es decir: s = .

n1

Las máquinas asíncronas también se puede utilizar como generador y como freno electromagnético. Para ser usadas como motor deben suministrar potencia mecánica, consumir potencia eléctrica y el deslizamiento debe ser 0<s<1.

Para hacer un análisis circuital se utiliza el circuito equivalente de la Figura 4.

Figura 4: Circuito equivalente del motor asíncrono incluyendo pérdidas mecánicas. La nomenclatura utilizada es:

X1 : Reactancia de dispersión o fugas del bobinado estatórico. R1 : Resistencia óhmica del bobinado estatórico.

Rm : Resistencia que representa a las pérdidas magnéticas. Xm : Reactancia que representa a la corriente magnetizante.

Rme : Resistencia variable que representa las pérdidas mecánicas. X2 : Reactancia de dispersión o fugas del bobinado de rotor.

R2 : Resistencia óhmica del bobinado de estátor.

Características industriales de los motores asíncronos de corriente alterna

Curvas características

Las curvas características de una máquina relacionan entre sí diferentes magnitudes de la misma y permiten analizar su comportamiento en distintos regímenes de funcionamiento de manera precisa.

Para la máquina asíncrona las curvas características más importantes son:

– curva par-velocidad.

– curva corriente-velocidad

– característica de velocidad.

– característica de factor de potencia.

– característica de rendimiento.

Ensayos industriales.

Antes de lanzar los modelos de motores al mercado se comprueban sus características, con el fin de incluirlas tras su comprobación empírica en la hoja de especificaciones del motor.

a) Ensayos normales para todos los motores:

– Medida de resistencia en continua de las fases del estátor.

– Medida de la resistencia en continua de las fases del rotor (para el caso de rotor bobinado).

– Rigidez dieléctrica del devanado del estátor.

– Rigidez dieléctrica del devanado del rotor (para el caso de rotor bobinado).

– Chequeo de la secuencia de fases en la caja de bornes de la máquina.

– Nivel de aislamiento devanado estátor.

– Nivel de aislamiento devanado rotor (para el caso de rotor bobinado).

b) Ensayos adicionales para motores tipo:

– Ensayo de calentamiento.

– Rendimiento por suma de pérdidas.

– Curva característica de cortocircuito a tensión reducida.

– Curva característica de vacío.

c) Ensayos especiales bajo pedido:

– Medida del par durante el arranque.

– Medida de ruidos.

– Medida de vibraciones.

– Medida del factor de pérdidas del aislamiento de los devanados.

– Otros.

Datos de motores asíncronos industrialmente disponibles

Los datos que proporcionan generalmente los fabricantes de motores asíncronos son los que se indican a continuación:

– Tipo y tamaño constructivo.

– Clase de protección.

– Potencia.

– Tensión.

– Valores nominales de otras magnitudes características.

– Relación par de arranque/par nominal e intensidad de arranque/intensidad nominal.

– Otros datos adicionales, en su caso (por ejemplo: peso, momento de inercia, clase de aislamiento, etc.).

En los motores de rotor bobinado suele darse también la fuerza electromagnética entre los anillos del rotor, a rotor parado y abierto.

Campos de aplicación de los motores asíncronos

Se resumen en la Tabla 1

Tabla 1: Aplicaciones de los motores de inducción. Ejemplos de cada uno de los tipos son:

– Tipo 1: La mayoría de las aplicaciones: bombas centrífugas, ventiladores, compresores

sin carga.

– Tipo 2: Máquinas herramienta: tornos, sierras, fresadoras, etc…

– Tipo 3: Compresores, bombas oscilantes, transportadores cargados.

– Tipo 4: Prensas punzadoras de alta velocidad.

– Tipo 5: Prensas de estirado, plegadoras.

– Tipo 6: Grúas, elevadores.

– Tipo 7: Extractores.

Añadir algunos ejemplos de motores que requieren una ejecución especial:

– Motores para servicios intermitentes empleados en mecanismos de elevación, cabrestantes, etc…Requieren gran robustez mecánica.

– Motores para telares. Tienen un funcionamiento cíclico rápido, la marcha es irregular y ruda, así que el motor debe ser excepcionalmente robusto.

– Motores para el accionamiento de la maquinaria de cubierta en los buques. El ambiente de trabajo es muy desfavorable, así que debe ponerse especial atención en el aislamiento.

– Motores para la industria láctea. La carcasa debe ser sin nervaduras y recubierta de un barniz especial que facilite la limpieza.

– Motores destinados a funcionamiento bajo el agua. Deben hacer frente al problema de funcionamiento en inmersión.

– Motores para servicio en atmósferas inflamables o explosivas. Son motores de "seguridad aumentada", con carcasa blindada para contener las posibles explosiones.

– Motores de varias velocidades, para aquellos procesos tecnológicos que no requieren una variación continua de la velocidad, sino únicamente varios niveles de velocidad diferente.

Bibliografía

Centro Superior de Informática. Universidad de la Laguna.

Motores de corriente alterna: http://www.csi.ull.es/~jplatas/web/ca/teoria/tema5-27.htm.

Generadores eléctricos BRAVO S.L. http://www.gebravo.com/productos/motoresca.htm

Tapia, Juan A.: "Máquinas Inducción Trifásica".

Merino Azcárraga, José María: "Arranque industrial de motores asíncronos. Teoría, cálculo y aplicaciones". Ed. McGraw-Hill. Madrid, 1995.

Apuntes de Máquinas Eléctricas. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales: Serrano Iribarnegaray, L; Cervera Vicente, A., Riera Guasp, M.: Motores asíncronos

trifásicos. Descripción general y teoría básica.

Serrano Iribarnegaray, L; Cervera Vicente, A., Riera Guasp, M.: Motores asíncronos trifásicos. Curvas características y otros datos de interés industrial.

Autor:

María Jesús

Vallejo Fernández