Las máquinas de inducción trifásicas

Introducción

Las máquinas de inducción trifásicas comprenden tanto motores como generadores. Los motores de inducción (o motores asíncronos) trifásicos, son los motores más utilizados en la industria. Son simples, resistentes, baratos y fáciles de mantener. Funcionan a velocidad esencialmente constante desde cero hasta plena carga la velocidad depende de la frecuencia, por lo que estos motores no se adaptan con facilidad al control de velocidad. Sin embargo, cada vez se utilizan mas los controladores electrónicos de frecuencia variable para controlar la velocidad de motores de inducción comerciales.

Podremos conocer los principios básicos del motor de inducción trifásico y las ecuaciones fundamentales que describen su comportamiento. Además analizar su construcción general y la forma en que están hechos sus devanados.

Los motores de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, con rotor devanado y lineales con capacidades de unos cuantos caballos de fuerza hasta varios miles de ellos permitirán ver que operan sobre los mismos principios básicos

7.1. ¿Qué son deslizamiento y velocidad de deslizamiento en un motor de inducción?

El movimiento relativo es el deslizamiento, el cual es la velocidad relativa expresada sobre una base en por unidad o en porcentaje.

El deslizamiento está definido como: [pic 1][pic 2] 

La velocidad de deslizamiento, definida como la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad del rotor:

[pic 3]

7.2. ¿Cómo desarrolla el par un motor de inducción?

El movimiento relativo del rotor con respecto al campo magnético del estator produce voltaje inducido en una barra del rotor. La velocidad de las barras de la parte superior del rotor, en relación al campo magnético, es hacia la derecha de modo que el voltaje inducido en alas barras superiores es hacia afuera, mientras que el voltaje inducido en las barras inferiores es hacia adentro de la página. Esto produce un flujo de corriente hacia afuera en las barra superiores, y hacia adentro en las inferiores. Sin embargo el flujo de corriente del rotor produce un campo magnético del rotor.

El desarrollo del par inducido en un motor de inducción consiste en:

a) El campo rotacional del estator, induce voltaje en las barras del rotor;

b) El voltaje del rotor produce un flujo de corriente en el rotor que atrasa el voltaje debido a la inductancia del mismo.

c) La corriente del rotor produce un campo magnético en el rotor que está a 90 detrás de ella, y interactúa con para producir en la maquina un par en sentido contrario a las manecillas del reloj.

7.3. ¿Por qué es imposible que un motor de inducción opere a velocidad sincrónica?

Existe un límite superior finito para la velocidad del motor. Si el rotor del motor de inducción estuviera rotando ala velocidad sincrónica, las barras del rotor serian estacionarias con respecto al campo magnético y no habría voltaje inducido. Si fuera igual a 0, no habría corriente en el rotor ni tampoco campo magnético retórico. Sin campo magnético retórico, el par inducido seria cero y el rotor se frenaría como resultado de las perdidas por rozamiento. En consecuencia, un motor de inducción puede acelerar hasta una velocidad cercana a la de sincronismo pero nunca puede alcanzarla par completo. En operación normal, los campos magnéticos del rotor y el estator y rotan conjuntamente a velocidad sincrónica mientras que el rotor en si gira a una velocidad menor.

7.6. ¿Qué es un rotor de jaula de ardilla de barra profunda? ¿Para qué se utiliza? ¿Qué clase(s) de diseño NEMA se puede(n) construir con él?

Es posible producir una resistencia retórica variable utilizando barras retóricas profundas o rotores de doble jaula. Puesto que la corriente que fluye en determinada área está estrechamente acoplada al estator, la inductancia de dispersión es pequeña en esa región. De modo que la inductancia de dispersión es más alta. Puesto que todas las partes de la barra del rotor están eléctricamente en paralelo, la barra representa una serie de circuitos eléctricos en paralelo, de los cuales los de la parte superior tienen menor inductancia y los de la parte inferior, mayor inductancia.

Se pueden realizar los diseños clase A, B, C, D, F

7.7 ¿Que es un rotor de doble jaula de ardilla? ¿Para qué se utiliza? ¿Qué clase(s) de diseño NEMA se puede(n) construir con él? 

En el circuito equivalente del motor de inducción, la reactancia [pic 4][pic 5] representa en forma referida, la reactancia de dispersión del rotor. Recuérdese que la reactancia de dispersión es la reactancia debida a las líneas de flujo del rotor que no se acoplan con los devanados del estator. En general cuanto más lejana del estator se encuentre una barra del rotor o parte de la barra, mayor es su reactancia de dispersión puesto que será menor el porcentaje del flujo de la barra que llegara al estator. Entonces, si las barras de un rotor de jaula de ardilla se colocan cerca de la superficie del rotor, tendrán tan solo un pequeño flujo disperse y la reactancia X2 será pequeña en el circuito equivalente. Por otra parte, si las barras del rotor se colocan profundas dentro de la estructura del rotor, habrá más dispersión y la reactancia X del rotor será mayor. Es posible producir una resistencia retórica variable utilizando barras retoricas profundas o rotores de doble jaula. Puesto que la corriente fluye a través de la parte superior de una barra de rotor de barra profunda. a) DISEÑO CLASE A. DISEÑO NEMA CLASE A-GRANDES BARRAS CERCA DE LA SUPERFICIE Los motores de diseño clase A son de diseño estándar: con un par de arranque normal, corriente de arranque normal y bajo deslizamiento. El deslizamiento a plena carga de los motores de diseño clase A debe ser menor de5% y menor que el del motor de tamaño equivalente de diseño clase B b) DISEÑO CLASE B. Los motores de diseño clase B tienen par de arranque normal, baja comente de arranque y bajo deslizamiento. Este motor produce casi el mismo par de arranque que el motor de clase A con cerca de 25% menos comente. El par máximo es mayor o igual a 200% del par de carga nominal, pero menor que el del diseño clase A, debido al aumento de la reactancia del rotor. El deslizamiento del rotor es relativamente bajo (menor del 5%), aun a plena carga. c) DISEÑO CLASE C. Los motores de diseño clase C tienen alto par de arranque con bajas corrientes de arranque y bajo deslizamiento (menos de 5%) a plena carga. El par máximo es un poco menor que el de los motores de clase A, mientras que el par de arranque es hasta 250% del par de plena carga. Figura 5: DISEÑO NEMA CLASE C-ROTOR DE DOBLE JAULA d) DISEÑO CLASE D. Los motores de diseño clase D tienen alto par de arranque (275% o más del par nominal) y una baja corriente de arranque, pero también tienen alto deslizamiento a plena carga. En esencia son motores de inducción de clase Acomunes, pero las barras del rotor son más pequeñas y la resistencia del material es más elevada.

7.8. Describa las características y usos de los motores de inducción de rotor devanado y de cada clase NEMA de diseño de motores de jaula de ardilla.

DISEÑO CLASE A. Los motores de diseño clase A son de diseño estándar: con un par de arranque normal, corriente de arranque normal y bajo deslizamiento. El deslizamiento a plena carga de los motores de diseño clase A debe ser menor de5% y menor que el del motor de tamaño equivalente de diseño clase B. El par máximo equivale a entre 200 y300% del par de plena carga y ocurre a un bajo deslizamiento (menor de 20%). El par de arranque de este diseño equivale por lo menos, al nominal de los motores grandes y es 200% o más del par nominal de los motores pequeños. El problema principal de esta clase de diseño es la extremadamente alta corriente de irrupción en el arranque. Los flujos de corriente en el arranque equivalen a entre 500 y 800% de la corriente nominal. Si la potencia sobrepasa 7.5 hp, se debe utilizar alguna forma de voltaje reducido en el arranque de estos motores, para evitar problemas de caída de voltaje en el sistema de potencia al cual se hallan conectados. En el pasado, los motores de diseño clase A fueron de diseño estándar para la mayoría de las aplicaciones que no sobrepasaban 7.5hp y hasta cerca de 200 hp, pero han sido remplazados por motores de diseño clase B en los últimos años. Estos motores se utilizan en ventiladores, sopladores, bombas, tomos y otras máquinas herramientas. DISEÑO CLASE B. Los motores de diseño clase B tienen par de arranque normal, baja comente de arranque y bajo deslizamiento. Este motor produce casi el mismo par de arranque que el motor de clase A con cerca de 25% menos comente. El par máximo es mayor o igual a 200% del par de carga nominal, pero menor que el del diseño clase A, debido al aumento de la reactancia del rotor. El deslizamiento del rotor es relativamente bajo (menor del 5%), aun a plena carga. La aplicaciones son similares alas de los motores de diseño clase A, pero los de diseño clase B son preferidos debido a que requieren poca comente de arranque. Los motores de diseño clase B han remplazado ampliamente a los motores de diseño clase A en las nuevas instalaciones. DISEÑO CLASE C. Los motores de diseño clase C tienen alto par de arranque con bajas corrientes de arranque y bajo deslizamiento (menos de 5%) a plena carga. El par máximo es un poco menor que el de los motores de clase A, mientras que el par de arranque es hasta 250% del par de plena carga. Estos motores son construidos con rotores de doble jaula; por tanto, son más costosos que los motores de las clases ya indicadas. Se utilizan para cargas con alto par de arranque como bombas, compresor y transportador. DISEÑO CLASE D. Los motores de diseño clase D tienen alto par de arranque (275% o más del par nominal) y una baja corriente de arranque, pero también tienen alto deslizamiento a plena carga. En esencia son motores de inducción de clase Acomunes, pero las barras del rotor son más pequeñas y la resistencia del material es más elevada. La alta resistencia del rotor desplaza el par máximo hacia una velocidad muy baja. También es posible que el par máximo ocurra a velocidad cero (100% de deslizamiento). En estos motores, el deslizamiento a plena carga es bastante alto debido a la alta resistencia retórica. Esta típicamente entre 7 y 11 %, pero puede llegar a 17% o más. Estos motores se utilizan en aplicaciones que requieren acelerar cargas de inercias muy altas, en especial grandes volantes utilizados en troqueladoras o en cortadoras. En tales aplicaciones, estos motores aceleran un gran volante de modo gradual hasta alcanzar su plena velocidad, que luego se trasmite a la troqueladora. Después de la operación de troquelado, el motor re acelera el volante durante un moderado tiempo hasta la próxima operación. Además de estas cuatro clases de diseño, la NEMA reconoció las clases de diseño E y F que fueron llamados motores de inducción de arranque suave.

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