1. Clasificación general de motores eléctricos - MdP

1 M quinas y Accionamientos El ctricos (3M4). Introducci n a motor trif sico de inducci n 1. clasificaci n general de motores el ctricos Antes de comenzar el estudio del motor trif sico de inducci n se ver una clasificaci n general de los tipos principales de motores en la industria. motores el ctricos Corriente alterna Corriente (AC) continua (DC). De excitaci n motor de motor sincr nico externa Auto-excitado inducci n (independiente). Trif sico (MTI) Disposici n serie Disposici n Monof sico paralelo Disposici n compuesta 2. Introducci n Un motor trif sico de inducci n (MTI) es un conversor electromec nico reversible, capaz de convertir energ a el ctrica en energ a mec nica (energ a cin tica rotativa), o energ a mec nica en energ a el ctrica (aplicaci n como generador).

2 Sin embargo, posee muchas desventajas como generador, por lo que pocas veces se utiliza como tal. Por esta raz n, las m quinas de inducci n se refieren a los motores de inducci n. Este tipo de motor el ctrico es tambi n denominado motor asincr nico trif sico, ya que una de sus caracter sticas distintivas es que la velocidad de su campo estat rico, bajo condiciones de r gimen permanente, nunca ser igual a la velocidad mec nica de giro del eje del motor . El MTI es el tipo de motor m s utilizado en la industria (algunos autores afirman que m s del 90% del total de los motores instalados en industrias de todo el mundo son motores trif sicos de inducci n).

3 Esto se da por su gran robustez y simplicidad constructiva frente a otros tipos de m quinas. P gina 1 de 27. M quinas y Accionamientos El ctricos (3M4). Figura 1: a) Vista exterior de un MTI. b) Vista en corte de sus componentes principales Analog a de principio de funcionamiento El principio del motor de inducci n puede explicarse como sigue: Un disco de metal conductivo puede girar libremente alrededor de un eje vertical. Si se dispone un im n que tambi n puede girar libremente sobre el mismo eje que el disco est dispuesto encima de ste ltimo, y tiene sus extremos curvados hacia abajo para que su flujo magn tico corte el disco. Cuando el im n gira, las l neas de flujo magn ticas cortan al disco e inducen corrientes en l.

4 Eje de rotaci n Faplicada Sentido de rotaci n Sentido de rotaci n del im n del disco S. N. N. i Finducida B. (a). (b). Figura 2: a) Analog a de principio de funcionamiento de un MTI con un im n permanente que se rota respecto a un eje y un disco de material conductivo. El im n y el disco pueden girar libremente en torno al mismo eje. b) Detalle de creaci n de la fuerza inducida por la interacci n entre las corrientes par sitas creadas, y el campo magn tico B del im n permanente. Como estas corrientes se encuentran tambi n en un campo magn tico, tienden a moverse en l. Seg n la ley de Lenz, la direcci n de la fuerza desarrollada entre las corrientes del disco y el campo magn tico que las produce ser tal que el disco tiende a intentar seguir el im n en su rotaci n.

5 El polo N del im n permanente giratorio se mueve en sentido anti-horario. El conductor que se halla debajo del im n gira tambi n dicho sentido, pero m s lentamente que el im n. El P gina 2 de 27. M quinas y Accionamientos El ctricos (3M4). movimiento relativo entre im n y conductor es el mismo que si el im n estuviera en reposo y el conductor se moviera en sentido horario. El polo N es considerado como si estuviera en reposo, y en consecuencia, el disco (y el conductor). se mueve de derecha a izquierda. Aplicando la ley de Lenz, es f cil determinar que la direcci n de la corriente inducida es hacia el observador. Las l neas de fuerza que rodean al conductor debidas a su propia corriente son de sentido anti-horario, y el campo resultante se encuentra combinando el campo del conductor con el que se produce en el im n.

6 Como la intensidad de campo magn tico aumenta a la izquierda del conductor y disminuye a su derecha, por ley de Lenz es posible determinar el sentido de las corrientes, de acuerdo a la Figura 2. Por otro lado, aplicando la ecuaci n de inducci n de fuerza sobre una espira de corriente inmersa en un campo magn tico = , se observa que se genera una fuerza que empuja a este conductor de izquierda a derecha, es decir que el conductor tiende a intentar seguir al im n. En realidad, el im n gira en el sentido anti horario. El disco gira en igual sentido, pero a menor velocidad que el im n. As , en una m quina de inducci n, se produce una acci n generadora que induce corrientes, y una acci n motriz que obliga a las corrientes inducidas a seguir el campo rotante inductor.

7 El disco no podr nunca alcanzar la velocidad del im n: si llegara a alcanzarla, no se inducir a ninguna fem en el disco (ya que en la superficie del disco ser a nula la tasa de variaci n temporal . del flujo , = 0). La corriente en el disco entonces se anular a y no podr a desarrollarse fuerza . y por lo tanto, no se desarrollar a ning n par. Como el disco no puede alcanzar la velocidad del im n, existir siempre entre ambos una diferencia de velocidad. Esta diferencia de velocidad es denominada deslizamiento. Implementaci n constructiva real Como se ha visto en la analog a anterior, existen dos componentes fundamentales en un motor de inducci n: un estator (cuyo rol en la analog a era cubierto por el im n permanente), una pieza fija o est tica encargada de producir un flujo magn tico y por lo tanto, de inducir corrientes (y por lo tanto, fuerza y par) en una pieza rotante situada en el interior del estator, denominada rotor.

8 Estator A diferencia de la analog a mostrada en el apartado anterior, en lugar de utilizar un im n permanente que debe ser rotado manualmente para la producci n de un vector de flujo magn tico que rota en el interior del estator, en un motor trif sico de inducci n se utilizan devanados y corrientes alternas AC trif sicas que producen tres vectores de flujo magn tico desfasados entre s . 120 (tanto espacial como temporalmente), dando por resultado a un nico vector de flujo magn tico estat rico resultante (denominado ) que rota dentro del estator a una frecuencia angular . Estos devanados se sit an en el estator de la m quina. El estator es la parte estacionaria del circuito del motor .

9 Se constituye por un grupo de bobinas (al menos una por fase) arrolladas alrededor de un n cleo laminado con forma de cilindro hueco. P gina 3 de 27. M quinas y Accionamientos El ctricos (3M4). Figura 3: a) Vista transversal de un estator sin arrollamientos. Se observan los espacios donde se colocar n los arrollamientos. b) Estator en proceso de bobinado. c) Estator terminado, con arrollamientos y aislaci n externa. a'. s BS. c b b' c'. a Figura 4: Vista esquem tica de un estator, sin el rotor, con un solo par de polos (un bobinado por fase, desfasados 120 . uno con respecto al otro), con su campo magn tico estat rico rotando a una frecuencia angular.

10 Rotor El rotor es la parte m vil del circuito electromagn tico de un MTI. Consta de una serie de barras conductoras o de arrollamientos dispuestos en forma cil ndrica, que se insertan en el interior del rotor. El mismo gira en forma solidaria el eje del motor , y que se encuentra dispuesto en forma coaxial a ste. No existe contacto directo el ctrico entre el rotor y el estator en un MTI: la energ a el ctrica se transferir desde el estator al rotor por inducci n, en forma similar a lo que ocurre con un transformador el ctrico. De hecho, el estator del MTI puede ser visto como el an logo del devanado primario de un transformador el ctrico, mientras que su rotor puede ser entendido como el devanado secundario de un transformador, rotando este ltimo devanado a velocidad.