Comportamiento de los motores de inducción

COMPORTAMIENTO DE LOS MOTORES DE INDUCCION MEDIANTE ROTORES DE COBRE FUNDIDO A PRESION.

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Abstract

The advantages to motor performance and energy efficiency or substituting copper for aluminum in the squirrel cage of the induction motor rotor are described in this paper. The potential benefits of induction motors that utilize die cast copper conductor bars in the squirrel cages in lieu of aluminum have been well documented by the International Copper Association and Copper Development Association: They include improved efficiency, reduced temperature rise during operation, reduced manufacturing cost and reduced weight. Improving motor efficiency provides significant energy savings. Cooler-running motors provide longer motor life. Improved conductor bar and end ring consistency reduces maintenance cost. Reduced frame size and other requirements associated with the use of copper versus aluminum potentially reduce both motor weight and cost. This paper reviews the advantages of substituting aluminum for copper, as a central strategy to achieve a substantially higher efficiency. The copper’s electrical conductivity is around 60% higher than that of aluminum. If copper is used to replace the current widely used aluminum in rotors, the total loss of motors will be reduced, hence increasing the overall motor efficiency, can be an economic solution for various applications including electric vehicle in the development of energy efficient motors.

Keywords: Induction Motors, efficiency, die casting, Copper rotor cage, Aluminum, conductivity, Copper.

Resumen

En este documento se describen las ventajas para el rendimiento del motor y la eficiencia energética o la sustitución del aluminio por cobre en la jaula de ardilla del rotor del motor de inducción. Los beneficios potenciales de los motores de inducción que utilizan barras conductoras de cobre fundido a presión en las jaulas de ardilla en lugar de aluminio han sido bien documentados por la Asociación Internacional del Cobre y la Asociación para el Desarrollo del Cobre: Incluyen mayor eficiencia, menor aumento de temperatura durante la operación, costo de fabricación reducido y peso reducido. La mejora de la eficiencia del motor proporciona importantes ahorros de energía. Los motores de funcionamiento más frío proporcionan una vida útil más prolongada. La consistencia mejorada de la barra conductora y el anillo terminal reduce el costo de mantenimiento. El tamaño reducido del bastidor y otros requisitos asociados con el uso de cobre frente al aluminio reducen potencialmente tanto el peso como el costo del motor. Este documento revisa las ventajas de sustituir el aluminio por cobre en la jaula de ardilla del rotor como estrategia central para alcanzar una eficiencia sustancialmente mayor. La conductividad eléctrica del cobre es aproximadamente un 60% más alta que la del aluminio. Si se usa cobre para reemplazar el aluminio de uso generalizado en los rotores, la pérdida total de motores se reducirá, aumentando así la eficiencia general del motor, puede ser una solución económica para diversas aplicaciones, incluido el vehículo eléctrico en el desarrollo de motores energéticamente eficientes.

Palabras claves: Motores de Inducción, eficiencia, fundición a presión, jaula de rotor de Cobre, Aluminio, conductividad, Cobre.

1. INTRODUCCION

Se informa que los sistemas de accionamiento de motores eléctricos representan más del 40% del consumo mundial de electricidad, mientras que las máquinas de inducción, principalmente del tipo de jaula de ardilla, son el mayor consumidor de energía debido a su gran popularidad en la industria. Por lo tanto, mejorar la eficiencia de la máquina de inducción es fundamental para ahorrar energía y costos, de la electricidad consumida anualmente podrían ahorrarse muchos Kw/h, de manera rentable si los sistemas de accionamiento se diseñan desde el punto de vista de la eficiencia energética; Los motores eléctricos son uno de los componentes involucrados que pueden contribuir al ahorro de energía.

Una de las formas que se han explorado es la adopción de jaulas de rotor de cobre, en sustitución de las jaulas de aluminio comúnmente adoptadas. El cobre presenta un mejor valor de conductividad que debería reducir considerablemente las pérdidas de I2 R del rotor. La reducción de las pérdidas del rotor conduce directamente a una reducción de las temperaturas internas; temperaturas menores significan que también disminuyen las pérdidas de I2 R del estator, con una disminución adicional de las temperaturas. Es evidente que la adopción de cobre en lugar de aluminio influirá en algunos aspectos del comportamiento del motor que deberían requerir modificaciones en los criterios del proyecto. El aluminio se ha utilizado como material tradicional de la barra del rotor en las máquinas de inducción debido a su alta conductividad y bajo precio, El punto de partida de análisis es la conductividad del cobre, que es aproximadamente un 60% mejor que la del aluminio.

La relación entre la temperatura de los devanados y la vida útil esperada de la máquina es muy importante; Es la opinión común de los fabricantes de motores que cada 10 ° C más caliente que funciona un motor, su vida útil se puede reducir a la mitad. De esta forma una reducción de temperaturas, incluso de pocos grados, contribuye a aumentar la vida útil del motor.

Actualmente, los rotores de los motores de inducción de jaula de ardilla se producen mediante la técnica de fundición a presión de aluminio con las ventajas del bajo costo de los rotores. Sin embargo, para los motores pequeños, el uso de barras de aluminio para los rotores dificulta asegurar que el motor alcance los requisitos de súper eficiencia. Los datos muestran que el uso de rotores de cobre puede reducir el consumo de energía del motor entre un 15% y un 25% y aumentar la eficiencia entre un 2% y un 5%. Debido a que la resistividad eléctrica del cobre es baja, la corriente eléctrica en los rotores es mayor que la de los rotores de aluminio bajo el mismo voltaje de inducción, lo que significa que se pueden usar menos materiales para producir motores con la misma potencia y eficiencia. Las excelentes características anticorrosión del cobre pueden hacer que los motores de rotor de cobre tengan una mejor tolerancia ambiental y confiabilidad.

1. SINTESIS

Los motores de inducción de la jaula de ardilla AC, se fabricaron en un principio con rotores de cobre con anillos de extremo soldados en las barras, haciéndola parecer una jaula, debido a esto su nombre, motores de inducción de jaula de ardilla. Así es como estos motores se fabricaron por casi 60 años en todo el mundo desde el año 1900. Como mejora de la tecnología y permite la producción sin masa y defectos, los rotores de aluminio fundido a presión se desarrollaron eliminando totalmente la inserción de barras y anillos extremos y soldadura. Esto se ha tomado fácilmente en todas partes y hoy en día dominan todo el mundo de los motores de inducción de la jaula de ardilla.

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