Tema 4 - Motores Asíncronos Trifásicos - ANÁHUAC PUEBLA PDF

Tema 4 El motor asíncrono de inducción  IDENTIFICAR LOS COMPONENTES COMPRENDER EL MODELO PRINCIPALES DEL MOTOR ELÉCTRICO DEL MOTOR ASÍNCRONO ASÍNCRONO COMO UN TRANSFORMADOR...

Tema 4 El motor asíncrono de inducción  IDENTIFICAR LOS COMPONENTES COMPRENDER EL MODELO PRINCIPALES DEL MOTOR ELÉCTRICO DEL MOTOR ASÍNCRONO ASÍNCRONO COMO UN TRANSFORMADOR ROTATORIO Objetivos IDENTIFICAR LOS FACTORES QUE AFECTAN LAS CARACTERÍSTICAS PAR-VELOCIDAD Y CORRIENTE- VELOCIDAD EN UN MOTOR ASÍNCRONO Contenido Concepto de campo Modelo eléctrico del Velocidades magnético rotatorio motor asíncrono de Fundamento síncronas y y de interacción inducción como operativo asíncronas; mecánica con transformador deslizamiento Corrientes inducidas rotatorio Arranque, operación, Características par- Cosntrucción de los control y protección Regiones de velocidad y motores asíncronos de los motores operación corriente-velocidad de inducción asíncronos de inducción Motores Como ya se ha discutido, un motor es una máquina eléctrica que, mediante un proceso que involucra inducción, transforma energía eléctrica en energía mecánica. Los motores de inducción polifásicos, por lo tanto, son dispositivos electromecánicos que convierten energía eléctrica en energía mecánica. Su funcionamiento se basa en el principio de inducción electromagnética y en la creación de un campo magnético rotatorio. Construcció n El motor consta de una parte fija llamada estátor y una parte móvil llamada rotor, separadas ambas por un pequeño espacio de aire denominado entrehierro. El estator consiste en una bobina trifásica con un núcleo y una carcasa metálica. Los devanados están colocados de tal manera que son eléctrica y mecánicamente 120°. Estator El bobinado está montado en el núcleo de hierro laminado para proporcionar un camino de baja resistencia para el flujo generado por las corrientes de CA. Rotor Es la parte del motor que estará en una rotación para dar salida mecánica para una cantidad dada de energía eléctrica. La potencia nominal del motor se menciona en la placa de identificación en caballos de fuerza. Consiste en un eje, barras de cobre/aluminio en cortocircuito y un núcleo. Operación 1. Creación del campo magnético rotatorio: Al aplicar una tensión trifásica a los bobinados del estator, se generan corrientes trifásicas que producen flujos magnéticos alternos en cada fase. Estos flujos magnéticos se combinan para formar un campo magnético resultante que rota a una velocidad constante llamada velocidad sincrónica. Operación 2. Inducción de corriente en el rotor: El campo magnético rotatorio corta las barras conductoras del rotor (jaula de ardilla) o los bobinados en cortocircuito. Según la ley de Faraday, esta acción induce una tensión en las barras del rotor, lo que a su vez produce una corriente inducida. Operación 3. Creación de un campo magnético en el rotor: La corriente inducida en el rotor genera un campo magnético propio. Este campo magnético interacciona con el campo magnético rotatorio del estator, creando un par electromagnético. Operación 4. Rotación del rotor: El par electromagnético hace que el rotor gire tratando de alcanzar la velocidad del campo magnético rotatorio. Sin embargo, el rotor nunca alcanza la velocidad sincrónica debido al deslizamiento, que es la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad del rotor. Sobre el deslizamiento El deslizamiento es necesario para que se induzca una corriente en el rotor y se genere el par. A medida que aumenta la carga en el motor, el deslizamiento también aumenta para generar un par mayor. Campo magnético giratorio La figura 9-1a muestra el diagrama fasorial de las corrientes que pasan por el estator y el rotor trifásico en secuencia de fases ABCABCA. En la figura 9-1b se muestra la relación gráfica y variación senoidal de cada corriente para un ciclo. La figura 9-1c muestra el desplazamiento en el espacio de un devanado trifásico concentrado típico conectado en estrella.  Cada grupo de fase en la figura 9-1c consta de 12 conductores o 6 bobinas por fase, cuyos extremos “de terminación” (de cada fase) FA, FB y FC, se conectan a un punto común. El “inicio” correspondiente de cada fase SA, SB y SC, está conectado a la fuente de voltaje trifásica. En el tiempo t que se indica en la 1 figura 9-1b, se muestra la corriente en cada bobina de cada devanado (arrollamiento de fase). En el tiempo t la fase A está un máximo 1 en una dirección, mientras que la corriente de los arrollamientos de fase B y C es igual exactamente a 0.707 por su valor máximo en su dirección opuesta. Nótese que, en las figuras 9-1 c y d, para el tiempo t1 las direcciones de las Corrientes en B y C son opuestas a las de A.  Los flujos que producen los devanados de fase se muestran en la figura 9 -1d, usando la regla de la mano derecha. Obsérvese que φB y φC sobre φA producen un flujo φR resultante. Los componentes de cuadratura de estas proyecciones se contrarrestan entre sí porque son iguales y de fase opuesta. Se sigue el mismo procedimiento en el tiempo t2 en el que la corriente de fase B se ha invertido y ahora es igual a la de la fase A y tiene la misma dirección que ella, que ha disminuido a 0.707 de su valor máximo. Se encuentra C ahora en un máximo en este tiempo t2. El flujo resultante se grafica de nuevo para cada fase y esta vez φA y φB producen componentes de cuadratura que se anulen entre sí y componentes en fase con φC para producir una resultante φR de la misma magnitud que la que había en el tiempo t1. Así en el tiempo t2 ,60° eléctricos después que el tiempo t1, el flujo resultante ha girado 60° pero su magnitud es constante. Al seguir el análisis para los demás instantes de tiempo se concluyen 2 cosas: 1. Se produce un campo magnético único, constante y giratorio mediante un devanado trifásico en el estator 2. El desplazamiento del campo magnético resultante en el espacio corresponde exactamente al desplazamiento en el tiempo de la frecuencia de suministro.  Posición angular () La posición angular u de un objeto es el ángulo en que se sitúa, medido desde algún punto de referencia arbitrario. Por lo general, la posición angular se mide en radianes o grados, lo cual es equivalente al concepto de distancia en el movimiento Conceptos rectilíneo. Velocidad angular (ω) a recordar La velocidad angular (o rapidez) es la tasa de cambio en la posición angular con respecto al tiempo. Se supone que es positiva si la rotación es en sentido contrario al de las manecillas del reloj. En el movimiento giratorio, la velocidad angular es el concepto análogo al concepto de velocidad lineal.  Si las unidades de la posición angular están en radianes, la velocidad angular se mide en radianes por segundo. ωm velocidad angular expresada en radianes Más sobre por segundo fm velocidad angular expresada en revoluciones velocidad por segundo angular nm velocidad angular expresada en revoluciones por minuto el subíndice m indica una cantidad mecánica en contraposición a una cantidad eléctrica. Aceleración angular La aceleración angular es la tasa de cambio de la velocidad angular con respecto al tiempo. Es positiva si la velocidad angular se incrementa en sentido algebraico. Si las unidades de la velocidad angular están en radianes por segundo, la aceleración angular se mide en radianes por segundo al cuadrado. Par (τ) En el movimiento rectilíneo una fuerza aplicada sobre un objeto ocasiona un cambio de velocidad de éste. Si no se ejerce una fuerza neta sobre el objeto, su velocidad permanece constante. Cuanto mayor sea la fuerza aplicada al objeto, más rápidamente cambiará su velocidad. En el movimiento rotatorio existe un concepto similar. Cuando un objeto rota, su velocidad angular permanece constante a menos que se ejerza un par sobre él. Cuanto mayor sea el par aplicado al objeto, más rápidamente cambiará su velocidad angular. Par (τ) Este concepto es fácil de entender. Imagine un cilindro que rota libremente alrededor de su eje. Si se le aplica una fuerza al cilindro, de manera que la línea de acción pase por el eje del mismo (figura l-la), el cilindro no rotará. Par (τ) Sin embargo, si se aplica la misma fuerza de modo que su línea de acción pase a la derecha del eje del cilindro (figura l-lb), éste tenderá a rotar en dirección contraria a la de las manecillas del reloj. El par o acción de torsión sobre el cilindro depende de: 1) la magnitud de la fuerza aplicada y 2) de la distancia entre el eje de rotación y la línea de acción de la fuerza.  Par (τ) El par sobre un objeto se define como el producto de la fuerza aplicada al objeto y la distancia más corta entre la línea de acción de la fuerza y el eje de rotación del objeto. Si r es un vector que apunta desde el eje de rotación hasta el punto de aplicación de la fuerza y si F es la fuerza aplicada, el par puede describirse como X|donde  es el ángulo entre el vector r y el vector F. La dirección del par será en el sentido de las manecillas del reloj si tiende a causar la rotación en el sentido de las manecillas del reloj y en sentido contrario al de las manecillas del reloj si tiende a causar la rotación en este sentido Ley de rotación de Newton Es la ecuación que describe la relación entre el par aplicado a un objeto y su aceleración angular resultante y está dada por la ecuación: donde τ es el par neto aplicado, expresado en newton-metro o libra-pie, y α es la aceleración angular resultante expresada en radianes por segundo al cuadrado. El término J cumple con el mismo propósito que el de masa de un objeto en el movimiento lineal, al cual se le llama momento de inercia del objeto y se mide en kilogramos-metro cuadrado o slug-pie cuadrado Trabajo mecánico En el movimiento rectilíneo el trabajo se define como la aplicación de una fuerza a lo largo de una distancia, que se expresa mediante la ecuación donde se supone que la fuerza es colineal con la dirección del movimiento. Para el caso especial de una fuerza constante aplicada en forma colineal con la dirección del movimiento, esta ecuación se transforma en Trabajo mecánico En el movimiento rotatorio, trabajo es la aplicación de un par a lo largo de un ángulo. En este caso la ecuación es y si el par es constante Potencia si el par es constante, en el movimiento rotatorio la potencia está dada por Esta ecuación indica la relación correcta entre la potencia, el par y la velocidad si la potencia se mide en watts, el par en newton-metro y la velocidad en radianes por segundo. Si se utilizan otras unidades para medir cualquiera de las cantidades indicadas, se debe introducir una constante en la ecuación como factor de conversión. Aún es común en Estados Unidos medir el par en libra-pie, la velocidad en revoluciones por minuto y la potencia en watts (W) o caballos de fuerza (hp). Si se emplean los factores de conversión adecuados en cada término, la ecuación (1-15) se convierte en Par inducido en el motor de inducción La figura 6-6 muestra un motor de inducción con un rotor de jaula de ardilla. Se aplicó un conjunto trifásico de voltajes al estator y fluye de él un conjunto trifásico de corrientes. Estas corrientes producen un campo magnético BS que gira en sentido contrario al de las manecillas del reloj. Este campo magnético giratorio BS pasa sobre las barras del rotor e induce un voltaje en ellas. Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en comparación con el campo magnético del estator. Esto tiene como resultado la generación de un flujo de corriente hacia Par inducido en el motor de inducción La velocidad de las barras superiores del rotor en relación con el campo magnético es hacia la derecha, por lo que el voltaje inducido en las barras superiores va hacia afuera de la página, mientras que el voltaje inducido en las barras inferiores va hacia adentro de la página. Esto tiene como resultado la generación de un flujo de corriente hacia afuera de las barras superiores y hacia adentro de las barras inferiores. Sin embargo, puesto que el ensamblado del rotor es inductivo, la corriente pico del rotor está detrás del voltaje pico del rotor (véase la figura 6-6b). El flujo de corriente en el rotor produce un campo magnético en el rotor BR. Puesto que las pérdidas en el núcleo están agrupadas con las pérdidas por fricción y por rozamiento con el aire y con las pérdidas misceláneas, se tratarán como las pérdidas mecánicas y luego se restarán de Pconv en el diagrama de flujo de potencia.