Eficiencia De Motores Eléctricos
Enviado por • 8 de Mayo de 2014 • 2.980 Palabras (12 Páginas) • 402 Visitas
EFICIENCIA ENERGÉTICA EN MOTORES ELÉCTRICOS
1. TIPOS Y APLICACIONES
Los motores asíncronos (MA) son máquinas eléctricas, las cuales han tenido
mayor aplicación en la industria y artefactos electrodomésticos. Estas máquinas
son los principales convertidores de energía eléctrica en mecánica (actualmente
los MA consumen casi la mitad de la energía eléctrica generada). Su uso es,
principalmente, en calidad de mando eléctrico en la mayoría de los mecanismos,
ello se justifica por la sencillez de su fabricación, su alta confiabilidad y un alto
valor de eficiencia.
Hay 2 tipos de MA; los de rotor de jaula de ardilla y los de rotor de anillos
rozantes.
2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Fig.1.
En el MA se tiene 2 devanados, uno se coloca en el estator y el otro en el rotor.
Entre el estator y rotor se tiene un entrehierro, cuya longitud se trata de, en lo
posible, hacerlo pequeño (s = 0.1 - 0.3 mm), con lo que se logra mejorar el acople
magnético entre los devanados.
A v
R
S
T
V
Bobinas de
Estator
Rotor
Eje del
Rotor
Red
Trifásica
El devanado del estator puede ser monofásico o trifásico (en caso general
polifásico). En lo sucesivo se analiza el motor trifásico, cuyas bobinas se colocan
en las ranuras interiores del estator. Las fases del devanado del estator AX, BY,
CZ se conectan en tipo estrella Y o triángulo Δ, cuyos bornes son conectados a la
red.
El devanado del rotor también es trifásico (o polifásico) y se coloca en la
superficie del cilindro. En el caso simple se une en corto circuito.
Cuando el devanado del estator es alimentado por una corriente trifásica, se
induce un campo magnético giratorio, cuya velocidad (síncrona) es:
60 f1
n1 =
p
Si el rotor está en reposo o su velocidad n < nsinc, entonces el campo magnético
giratorio traspasa los conductores del devanado rotórico e inducen en ellos una
f.e.m. En el gráfico siguiente se muestra por la regla de la mano derecha, la
dirección de la f.e.m. inducida en los conductores del rotor cuando el flujo
magnético gira en sentido contrario. La componente activa de la corriente Irot se
encuentra en fase con la f.e.m. inducida.
Sobre los conductores con corriente, empleados en el campo magnético, actúan
fuerzas electromagnéticas cuya dirección se determina por la regla de la mano
izquierda; estas fuerzas crean un Melmagn que arrastra al rotor tras el campo
magnético. Si este Melmagn es lo suficientemente grande entonces el rotor va a
girar y su velocidad n2 va a corresponder a la igualdad.
Melmagn est = M freno rot.
Este es el funcionamiento de la máquina en régimen de motor y es evidente en
este caso.
0 ≤ n2 < n1
A la diferencia de velocidades entre el campo magnético y el rotor se le llama
deslizamiento y se representa por el símbolo s.
n1 - n2
s =
n1
De donde se deduce que en el régimen de motor
0 < s ≤ 1
En generador : s > 0
En frenado electromagnético s > 1
La principal característica de las MA es la presencia del deslizamiento s, ósea la
desigualdad de velocidades entre el campo del estator y la velocidad del rotor
n2 ≠ n1.
3. DIAGRAMA ENERGÉTICO DEL MOTOR ELÉCTRICO
Cuando el motor está en funcionamiento, el estator se alimenta de la red y
absorbe una potencia:
P1 = m1.V1.I1.cosϕ1
Parte de la P1 se consume (disipa) en la resistencia R del devanado del estator
ocasionando una pérdida eléctrica ΔPel, así como una pérdida magnética en el
campo del estator ΔPmag , deduciendo dichas componentes, al rotor se le aplica
una potencia electromagnética, que se expresa mediante la siguiente ecuación de
balance energético:
Pelmag = P1 - ΔPel1 - ΔPmag
Parte de esta potencia se disipa en cubrir las pérdidas eléctricas del rotor ΔPel2
en su devanado, la potencia resultante es aquella que va a ser convertida en
potencia mecánica, expresado por:
Pmec = Pelmag - ΔPel2
En las máquinas de anillos rozantes, además se tienen pérdidas en las escobillas
de contacto, las cuales se añades a la pérdida ΔPel2.
La potencia mecánica obtenida en el árbol del eje del rotor, se obtiene luego de
vencer su inercia y otras pérdidas adicionales, obteniéndose una potencia P2 :
P2 = Pmec - ΔPfric - ΔPadic
Pérdidas: ΔPel est + ΔPadic Δ Pel rot ΔPfric + ΔPadic
Eje del
Motor
Red P1
Trifásica
PElmag Pmec P2
4. RELACIÓN ENTRE EFICIENCIA (η) Y DESLIZAMIENTO (s) EN
MOTORES
Para definir la relación entre la Eficiencia η y el Deslizamiento s en los motores,
se analiza la eficiencia mediante la relación:
P2 Pelmag P2
η = = ( ).( ) = η1η2
P1 P1 Pelmag
donde η1 y η2 - eficiencias del estator y del rotor
Teniendo en cuenta:
P2 Pelmag - ΔPel2 - ΔPfric - ΔPadic
η2 = =
Pelmag Pelmag
entonces es válida la siguiente relación:
Pelmag - ΔPel2 1 - ΔPel2
η2 < < < (1 - s)
Pelmag Pelmag
Por lo tanto:
η < η2 < ( 1 - s)
Del análisis realizado se puede concluir con lo siguiente:
Para que un motor funcione en su régimen nominal con una alta eficiencia, es
necesario que en este régimen se tenga un deslizamiento s de pequeña
magnitud. Por lo general snom = 0.01 - 0.06, para ello el devanado del rotor lo
diseñan de tal forma que tenga una resistencia óhmica pequeña.
5. DATOS NOMINALES DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
Potencia, kW ó HP
Tensión de servicio, kV ó V
Frecuencia, Hz
Velocidad nominal, r.p.m.
Corriente nominal, Amp.
Corriente de arranque. Amp.
Factor de potencia, cos ϕ
Eficiencia, η %
6. SISTEMA DE FUERZA
En una planta industrial, se denomina sistema de fuerza al conjunto de todos los
equipos e instalaciones que tiene por objeto realizar un trabajo mecánico y/o de
producción. El equipo eléctrico que puede realizar trabajo mecánico es el motor
eléctrico, y por lo tanto son estos equipos los principales dentro del proceso de
producción. El sistema de fuerza a su vez, en una planta
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