Relación entre la frecuencia eléctrica y la velocidad del campo magnético del estator en una máquina de inducción
Prueba con D.C. de devanados de máquina asíncrona
Posible cortocircuito en devanado del estator
Minimización de corrientes parásitas en máquinas eléctricas rotatorias
- Laminado de núcleos del estator y rotor
- Impregnación con resina aislante de chapas laminadas del estator y rotor
Parámetros de la curva de histéresis del núcleo de una máquina rotatoria
- Intensidad del campo magnético
- Densidad del flujo magnético o campo
- Naturaleza del material ferromagnético
Pérdidas no rotacionales en un motor o generador de c.a.
- Fricción de los cojinetes
- Pérdidas por efecto joule en el bobinado del estator y rotor
Deslizamiento
Diferencia relativa a la velocidad síncrona, entre la misma y la del rotor
Par y su función en el movimiento rotacional de las máquinas
El par es la fuerza de torsión que se le aplica a un objeto y aplica en sentido contrario al movimiento. Aparece en el rotor y estator y es consecuencia de la acción que tiene lugar entre las ondas de Fmm del rotor y estator, que intentan alinear sus ejes magnéticos.
En un motor provocará el movimiento del rotor, en un generador tiende a frenarlo. El par inducido es la relación de la potencia inducida en el motor y la velocidad angular de sincronismo, mientras que el par de carga es la relación entre la potencia útil y la velocidad angular del rotor.
Ley de Ampere
La circulación del campo magnético a lo largo de una línea cerrada es equivalente a la suma algebraica de las intensidades de las corrientes que atraviesan la superficie delimitada por la línea cerrada, multiplicada por la permitividad del medio. ∮𝐻𝑑𝑙 = 𝐼𝑛𝑒𝑡𝑎
Intensidad de campo magnético, densidad de flujo magnético y su relación
- La intensidad de campo magnético es una medida del esfuerzo de una corriente por establecer un campo magnético.
- La densidad de flujo magnético es una medida del nro de líneas de campo magnético que pasan a través de una superficie determinada.
- La densidad de flujo es proporcional a la intensidad de campo magnético y el coeficiente de proporcionalidad se denomina permeabilidad magnética del material: B=μH
Circuito magnético equivalente y su utilidad en el diseño de núcleos de transformadores y máquinas
El modelo de circuito magnético nos ayuda a simplificar el proceso de diseño que, de otro modo sería muy complejo.
Reluctancia
La Reluctancia de un circuito magnético es el homólogo de la resistencia del circuito eléctrico y se mide en amperes-vuelta por weber
Material ferromagnético y su alta permeabilidad
Un material ferromagnético son las sustancias que tienen imantaciones grandes aun en presencia de campos magneticos debiles. Son materiales cuya permeabilidad magnética es muy alta, esto debido a la facilidad de imantación de estas sustancias que procede de las fuerzas mecanico cuanticos que tienden a alinar paralelamente entre si los pines mas proximos
Histéresis
Es el fenómeno que se origina cuando la imantación de algunos materiales ferromagnéticos no depende solo del flujo si no además dependen de los estados magnéticos anteriores. Las perdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se manifiesta en forma de calor en los núcleos magnéticos con el fin de reducir al máximo estas pérdidas, los núcleos se construyen de materiales magnéticos de características especiales. la perdida de potencia es directamente proporcional al área de la curva de la histéresis
Perdidas por corrientes parasitas y su minimización
Son corrientes indeseables producidas cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable o viceversa, estas corrientes crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético principal. Para minimizar estas pérdidas se debería:
- Utilizar resinas aislantes entre las diferentes láminas
- Laminar los núcleos del rotor y estator
Par inducido en una máquina de inducción asíncrona de C.A.
Mayores pérdidas en un motor de inducción de c.a., en operación normal
Las pérdidas por efecto Joule en el bobinado del estator.
Relación entre la frecuencia eléctrica del estator y la velocidad del rotor en una máquina de inducción asíncrona trifásica
a) El número de polos del devanado del estator. b) La velocidad sincrónica del campo. c) El deslizamiento.
Diferencias entre motores de inducción con rotor devanado y con rotor de jaula de ardilla
El rotor de jaula de ardilla se fabrica en forma más sencilla y económica
Valores de permeabilidad relativa en los últimos 20 años, en los núcleos de los motores de inducción más modernos
80000, 100000
Control de velocidad de motores de inducción con rotor de jaula de ardilla
Con control de la frecuencia eléctrica.
Inducción de diferencia de potencial y dirección de giro de espira movible
*Se induce, sentido horario ↓ *Se induce sentido horario ↙ *Se induce, sentido antihorario ↖
Elemento del circuito equivalente con más control directo sobre la velocidad en la que se presenta el par máximo
El elemento que tiene un control directo sobre el par máximo es la resistencia estatórica (R1)
Descripción de rotores de doble jaula de ardilla y sus características
Consta de un conjunto de barras grandes de baja resistencia incrustadas en el rotor y un grupo de barras pequeñas de alta resistencia colocadas cerca de la superficie del rotor. Es similar al rotor de barra profunda. Permiten alcanzar algunas de las mejores características posibles de los motores con rotor devanado a bajo costo y sin la necesidad de mantenimiento de los anillos rozantes y de las escobillas.
Maneras más efectivas de controlar la velocidad de un motor de inducción
- Control de velocidad del motor de inducción mediante el cambio de polos.
- Método de polos consecuentes.
- Devanados de estator múltiples.
- Control de velocidad mediante el cambio del voltaje de línea
- Control de velocidad mediante el cambio en la frecuencia de la línea
- Control de velocidad mediante el cambio de la resistencia del rotor
Información proporcionada por la prueba de rotor bloqueado
En esta prueba se bloquea o enclava el rotor para que no se pueda mover, se aplica un voltaje al motor y se miden el voltaje, la corriente y la potencia resultantes, estos datos son la corriente, potencia y voltaje que se encuentra fluyendo hacia el motor.
Información proporcionada por la prueba en vacío
La prueba en vacío de un motor de inducción mide las pérdidas rotacionales del motor y brinda información sobre su corriente de magnetización
Minimización de corrientes parasitas en máquinas eléctricas rotatorias de gran potencia
- Se laminan los núcleos
- Se aíslan las chapas laminadas del núcleo de las máquinas rotatorias de la carcasa
- Se pone un aislante entre las chapas de todo el núcleo
Perdidas rotacionales en un motor o generador de corriente alterna
Son las perdidas en el hierro (por histeresis y corrientes parasitas), llamadas también perdidas del núcleo
Ángulos más comunes de par con el que opera los generadores para nunca estar en el límite de estabilidad estática o de potencia máxima del generador
De 20 a 30º
Acciones para mejorar el funcionamiento de los modernos motores de inducción de alta eficiencia
- Se utiliza más cobre en los devanados del rotor para reducir las pérdidas en el cobre
- Las longitudes del rotor y del estator se incrementan para reducir la densidad de flujo magnético en el entrehierro de la máquina, esto reduce la saturación magnética de la máquina
- Se utiliza más acero en el estator de la máquina la cual permite transferir mayor cantidad de calor de la máquina hacia afuera del motor
- En el estator se utiliza acero especial de alto grado eléctrico y bajas pérdidas por histeresis.
- El rotor es maquinado para producir un entrehierro uniforme que reduce las pérdidas dispersas en el motor
- El acero es de muy alta resistividad interna, esto ayuda a reducir las corrientes parasitas en el motor
Motor de inducción bajo condiciones nominales y con incremento de carga
Velocidad mecánica: Si la carga disminuye la velocidad aumenta casi hasta la del sincronismo pero nunca llega a una velocidad sincrona, pero si la carga aumenta la velocidad del motor disminuye a medida que esta también lo hace
Deslizamiento: Aumentará el deslizamiento pues la velocidad mecánica será menor mientras la velocidad de los campos magnéticos permanecerá sin variación
Voltaje inducido en el rotor: Tiende a aumentar para aumentar el torque que se entregará a la carga hasta un límite en el cual disminuye por sobrecorriente
Corriente del rotor: Aumenta sin límite mientras la carga también lo haga, por lo que el motor puede quemarse:
Frecuencia del rotor: Disminuirá para poder aumentar la corriente para poder entregar un mayor par a la carga
Ppcr (perdida en el cobre del rotor): Aumenta pues la corriente que circula por el mismo también lo hace
Velocidad sincrona: No sufre variación.
Rotor de barra profunda y su uso
Los Rotores de barra profunda en un motor de inducción se utiliza para obtener una alta resistencia del rotor en el arranque y una baja resistencia del rotor en la condición de funcionamiento. Es usado para motores de baja potencia que necesitan realizar continuos arranques y paradas
Imposibilidad de operación de un motor de inducción a velocidad síncrona
Es imposible debido al deslizamiento, si es que el motor opera a la velocidad sincrona, la velocidad de deslizamiento fuera cero, lo que implicaría que el deslizamiento sería 0 y no habría diferencia entre la velocidad impuesta por la red y la del rotor, lo que ocasionaría que no exista fem inducida y por lo tanto no habría par ni corriente circulando por el rotor y no habría rotación en la máquina
ndes
Velocidad de deslizamiento de la máquina
nsinc
Velocidad de los campos magnéticos, velocidad síncrona
nm
Velocidad mecánica del eje del motor, velocidad del rotor
Rotor de barra profunda, uso y diseño NEMA
El sistema de arranque de un motor asíncrono por introducción de resistencias en serie con el rotor permite obtener un elevado par en el arranque. Sin embargo, este método sólo puede utilizarse con motores de rotor bobinado. Se han construido motores de jaula que realizan un arranque similar al de los motores de rotor bobinado; es decir, tienen una resistencia rotórica elevada en el arranque, pero el valor de este parámetro se va reduciendo a medida que el motor aumenta su velocidad. Usando para motores de baja potencia que necesitan realizar continuos arranques y paradas. La clase de diseño de NEMA de un motor son clase A, B y D.
Rotor de doble jaula, uso y diseño NEMA
Consta de un conjunto de barras grandes de baja resistencia incrustadas profundamente en el rotor y un grupo de barras pequeñas de alta resistencia colocadas cerca de la superficie del rotor. Es similar al rotor de barra profunda, excepto en que la diferencia entre la operación con deslizamiento alto y bajo es aún mayor. Permiten alcanzar algunas de las mejores características posibles de los motores con rotor devanado (un alto par de arranque con una baja corriente de arranque y alta eficiencia en condiciones normales de operación) a bajo costo y sin la necesidad de mantenimiento de los anillos rozantes y de las escobillas. Los rotores de doble jaula de este tipo se utilizan para producir características NEMA clases B y C.
Diferencias constructivas entre máquinas síncronas y asíncronas
La máquina sincrona requiere colector de anillos deslizantes o escobillas. El devanado inductor suele ser el rotor, alimentado a través de corriente continua por estos colectores. El devanado inducido funciona con corriente alterna y generalmente es el estator. El entrehierro de la máquina sincrona suele ser mayor que el de la máquina asíncrona. Su estator suele ser cilíndrico y su rotor de polos salientes. La máquina asíncrona suele tener el rotor polifásico (suele ser el inducido), de dos formas: jaula de ardilla o de rotor bobinado. Su devanado del estator suele ser trifásico (es el inductor). Su estator y rotor suelen ser cilíndricos.
Cálculo de velocidad síncrona de un motor de inducción de rotor embobinado
Necesidad de reducir el voltaje en un motor de inducción al reducir la frecuencia eléctrica
Cuando la frecuencia eléctrica aplicada al motor excede la frecuencia nominal del motor, el voltaje del estator se mantiene constante en su valor nominal. Si se disminuye el voltaje V, la potencia máxima P también se debe disminuir, pues de otro modo la corriente que fluye en el motor será excesiva y el motor se sobrecalentará.
Limitación del control de velocidad por variación de voltaje en los terminales
Debido a la carga que se le aplica al par de un motor proporcional al cuadrado del voltaje que se aplica para un intervalo limitado por medio del cambio de voltaje de línea.
¿Qué son los factores de código de arranque? ¿Qué nos dicen sobre la corriente de arranque de un motor de inducción?
Los códigos de arranque permiten tener información de la corriente de arranque, debido a que esta puede variar ampliamente, dependiendo primero de la potencia nominal del motor y de la resistencia del rotor en condiciones de arranque.
Un motor de inducción tiene una corriente de arranque mucho mayor que la corriente nominal del motor, lo que puede causar problemas a los sistemas de suministro a los que están conectados los motores.
¿Cómo funciona el circuito de arranque resistivo de un motor de inducción?
Es preciso que el par de arranque sea superior al par resistente de la carga, de esa forma se obtiene un momento de aceleración que obliga a girar al motor a una velocidad cada vez más elevado, alcanzando el régimen permanente cuando se igualan los pares motor y resistente.
¿Qué controla el voltaje en los terminales de un generador de inducción aislada?
La corriente de magnetización Im que requiere una máquina de inducción en función del voltaje en los terminales se puede encontrar si se opera la maquina como motor en vacío y se mide la corriente del inducido en función del voltaje en los terminales.
¿En qué se utiliza normalmente un generador de inducción?
El hecho de que no requiere ningún regulador complicado hace de este generador una buena opción para utilizarlo en molinos de viento, sistemas de recuperación de calor y otros sistemas de potencia suplementarios similares que están conectados a un sistema de potencia existente. En este tipo de aplicaciones los capacitores pueden suministrar la corrección del factor de potencia y el sistema de potencia externo puede controlar el voltaje en los terminales del generador.
¿Cómo se puede utilizar un motor de inducción con rotor devanado para cambiar la frecuencia?
Se cambia la frecuencia eléctrica aplicada al estator de un motor de inducción, la velocidad de rotación de sus campos magnéticos cambiara en proporción directa al cambio de frecuencia eléctrica y el punto de vacío cambiara junto con ella. Con el control de frecuencia es posible ajustar la velocidad del motor por encima.
¿Cómo afectan los diferentes patrones de voltaje-frecuencia las características par- velocidad de un motor de inducción?
Las características par-velocidad de un motor de inducción cuando varias frecuencias de operación son inferiores a la velocidad base. El patrón de voltaje y frecuencia que se utiliza con cargas que tienen pares de arranque pequeños (llamadas cargas de arranque suave). Este patrón cambia parabólicamente el voltaje de salida con cambios en la frecuencia de salida en el caso de velocidades, por debajo de la velocidad base.
Describa las principales características del controlador de motor de inducción instrucción en estado sólido
*Ajuste de frecuencia (velocidad) *Selección de patrones de voltaje y frecuencia
*Rampas de aceleración y desaceleración ajustables de manera independiente *Protección del motor
Se producen dos motores de inducción de 480V y 100 hp. Uno se diseña para una operación de 50Hz y el otro para una operación de 60Hz, pero en todo lo demás son similares. ¿Cuál de los dos es más grande?
Con cualquier frecuencia menor a 30 Hz, el voltaje de salida será mayor de lo que era con el patrón anterior. Este mayor voltaje producirá un par más grande, pero a cambio de aumentar la saturación magnética y tener mayores corrientes de magnetización