El motor de inducción

EL MOTOR DE INDUCCIÓN

El motor de inducción es el tipo de motor eléctrico más utilizado, bien sea monofásico o trifásico. Nosotros en esta práctica analizaremos el comportamiento del motor trifásico.

Un motor se define como la máquina que transforma la energía eléctrica en mecánica mediante la interacción de dos campos magnéticos. Estos campos son el del inductor (estator) y el del inducido (rotor). En el caso concreto de un motor trifásico, el campo inductor es generado por tres bobinados a los que se les aplica un sistema trifásico equilibrado de tensiones CA. Este campo actúa, a través del entrehierro, sobre los devanados dispuestos en el rotor dando lugar a tensiones inducidas. Si el inducido forma un circuito cerrado, aparecerá una corriente que producirá un flujo magnético opuesto al principal.

El motor trifásico se suele representar eléctricamente por medio de su circuito equivalente monofásico referido al estator, tal como puede verse en la figura siguiente:

I1R1jX1 AI2R2jX2 Ic    Im

V g -jbm 1-sR 1cs2

B

• R1 y X1 representan la resistencia y reactancia del bobinado del estator.

• R2 y X2 representan la resistencia y reactancia del bobinado del rotor referidas ambas al estator.

• gc representa la conductancia de pérdidas en el hierro y bm la susceptancia magnetizante.

• [(1-s)/s]*R2 es una resistencia que no existe realmente en el rotor, pero representa la potencia mecánica que el motor proporciona al exterior.



Sistemas Eléctricos 2009-2010.La Máquina de Inducción o Asíncrona 5

2.1 OBTENCIÓN DEL CIRCUITO EQUIVALENTE

Para determinar los parámetros del circuito anterior, se recurre a la realización de los ensayos que se explican en los apartados siguientes.

2.1.1 ENSAYO DE ROZAMIENTO

Mediante este ensayo se calculan las pérdidas que se producen en la máquina por motivos puramente mecánicos. Consiste en arrastrar el motor mediante una máquina auxiliar, hasta que el conjunto alcance la velocidad nominal del motor ensayado. Una vez alcanzada la citada velocidad, se mide la potencia útil suministrada por el motor auxiliar, que será la potencia que se pierde por rozamiento en el motor ensayado.

Asimismo, se realizará el mismo ensayo a diferentes velocidades, tales como al 50% y al 75% de la velocidad nominal, así como a la velocidad del motor en vacío.

2.1.2 MEDIDA DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

Suponiendo que los bobinados de las tres fases del motor son idénticos, bastará con obtener el valor de la resistencia en uno de los tres bobinados. Para hacer esto, es suficiente con utilizar la función correspondiente del polímetro.

Debe tenerse en cuenta que la resistencia por fase de un bobinado trifásico no es la misma que la medida entre los extremos de las bobinas. La resistencia equivalente por fase del motor es la mitad de la medida entre dos fases.

Si los bobinados están conectados en estrella, la resistencia de cada bobina es la mitad de la medida entre dos fases y, si están conectados en triángulo, los 3/2 de la medida entre dos fases.

Como lo que interesa es la resistencia equivalente por fase, independientemente de la conexión se escribirá que:

R1 = 1 VDC 2 IDC

También puede hacerse la medida mediante un multímetro.



Sistemas Eléctricos 2009-2010.La Máquina de Inducción o Asíncrona 6

2.1.3 ENSAYO EN VACÍO

Normalmente, para realizar este ensayo, se alimenta el motor a la tensión y frecuencia nominales y se mide la potencia absorbida (con los dos vatímetros), la intensidad que circula por cada fase y la tensión aplicada al estator.

En este ensayo no se obtiene potencia útil en el eje (dado que no existe ninguna carga y por lo tanto el rotor forma un circuito abierto para el paso de corriente), por lo que toda la potencia corresponde a pérdidas (en el hierro, en el cobre del estator, y en rozamiento). Por lo tanto, el ensayo en vacío permite medir estas pérdidas, y a partir de ellas los parámetros en el núcleo de la máquina mediante las siguientes expresiones:

V=V I=I=I P=W+W 1o 1o1φo12

En función del circuito equivalente monofásico, se puede escribir:

V

P =V2g=P−P −3RI2 I≈1o g2+b2

hN 1oc o Roz0 11o φ 3 c m De donde, finalmente, se obtiene:

2 ⎡⎤2 P−P −3IR ⎢Iφ ⎥

gc=o Roz02 1o1 bm=⎢V ⎥−g2c V 1o

1o ⎢ 3⎥ ⎣⎦

A la hora de sustituir los valores de las pérdidas por rozamiento en las expresiones anteriores, no se va a utilizar el dato obtenido en el ensayo realizado anteriormente, sino que se va a proceder de forma distinta calculando un nuevo valor para las pérdidas de rozamiento según un segundo método que se va a describir a continuación. Posteriormente, el alumno realizará un estudio comparativo entre los dos valores obtenidos.

Para determinar PRoz0 y Ph se va a alimentar el motor con diferentes valores de tensión, siendo estos de 0,5; 0,75; 0,90; 1 y 1,10 veces la nominal; midiendo para cada caso los valores de la potencia absorbida por el motor en vacío (con los vatímetros), así como la intensidad y la tensión aplicada exactamente mediante los polímetros.

Al representar la suma de las pérdidas en el hierro y de rozamiento en función de la tensión aplicada, se obtiene una curva parabólica semejante a la representada en la Figura “a”. Extrapolando

Sistemas Eléctricos 2009-2010.La Máquina de Inducción o Asíncrona 7

esta curva, hasta que corte el eje de ordenadas, se tiene para una tensión aplicada de cero voltios, el valor de las pérdidas mecánicas, ya que en este caso las pérdidas en el hierro son cero al no existir flujo en la máquina. Para que sea más fácil extrapolar esta curva, se suele representar la suma de estas pérdidas en función

...