UD. 4 MAQUINAS ELECTRICAS ELECTROTECNIA APLICADA A LA INGENIERIA MECÁNICA

Transcripción

1 ELECTROTECNIA APLICADA A LA INGENIERIA MECÁNICA UD. 4 MAQUINAS ELECTRICAS Descripción: Principios de electromagnetismo y funcionamiento y aplicaciones de las diferentes máquinas eléctricas. 1

2 Tema 4.2. MÁQUINA ASÍNCRONA: MOTOR DE INDUCCIÓN 2

3 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: La máquina asíncrona es una máquina eléctrica rotativa basada en los mismos principios de inducción electromagnética que el transformador, además de la ley de Laplace. Partes: Estator: Contiene el devanado inductor en el que se introduce la corriente alterna. Se corresponde con el primario. Rotor: Está compuesto por 3 fases o por barras cortocircuitadas formando un devanado multifase. Se corresponde con el secundario. Carcasa: Es la envolvente del motor, contiene estator, rotor, caja de bornes, eje y otras partes mecánicas. Eje: Es el elemento mecánico por el que extraemos la energía del motor. 3

4 Principio de funcionamiento: Intensidad Campo magnético Fuerza

5 ESTATOR: está constituido por un apilamiento de chapas de acero con ranuras en el interior donde se aloja un devanado trifásico. Devanado: El devanado es la disposición de las fases que se haga en las ranuras del estator. Llamaremos polo a cada espira que tenga una fase y las espiras siempre serán pares. El objetivo es conseguir un flujo magnético giratorio distribuido senoidalmente por el entrehierro. 5

6 Devanado de dos polo: Cada fase forma dos espiras opuestas 180º en el estator. Devanado de 4 polos: Cada fase forma 4 espiras distribuidas por el estator: 6

7 ROTOR: Existen dos tipos de rotor: Devanado: Consta de un devanado trifásico similar al del estator conectado en estrella y con salida a unos anillos en el eje. Jaula de ardilla: Consta de dos anillos laterales unidos por barras conductoras. 7

8 El número de fases del rotor puede variar, pero el número de polos debe ser igual al del estator. En el caso del devanado es una característica constructiva pero en el caso de jaula de ardilla las barras dan lugar a un m2 fases. La necesidad de igualar el número de polos hace que: m2=nºbarras/nºpolos Devanado: La posibilidad de incluir resistencias entre los anillos permite el ajuste del par del motor. Tiene mayores pérdidas mecánicas. Su construcción es más compleja. Jaula de ardilla: Las barras están cortocircuitadas por lo que no hay ajuste de la resistencia. Su construcción es sencilla. Es el más utilizado. 8

9 Circuito equivalente: El circuito equivalente del motor de inducción es muy similar al del transformador aunque hay que tener ciertos aspectos en cuenta: La velocidad relativa entre estator y rotor hace que la frecuencia en ambos circuitos no sea la misma. Además del número de espiras, pueden ser diferentes el número de fases y el factor de devanado.

10 Ensayos: Ensayo de vacío: Con el eje del motor libre, se aplica la tensión nominal al estator. Se mide P 0 e I 0 A diferencia del transformador, en el motor de inducción también existen pérdidas mecánicas además de las del cobre y las del hierro: P 0 = P FF + P m +P CCC - Las pérdidas del cobre se determinan midiendo la resistencia del estator. - Para determinar las perdidas del hierro, deberán tomarse medidas adicionales: - Realizar el ensayo a diferentes tensiones (30%-100% de V1n) y determinar P Fe +P m : - P FF + P m = P 0 m 1 R 1 II 2 - El resultado de estos ensayos al dibujar P Fe +P m respecto de V1 es una parábola cuyo punto de corte con el eje vertical corresponde con las pérdidas mecánicas (constantes durante los ensayos ya que la velocidad es constante). Una vez que se ha calculado P fe se calcula Rfe y Xμ tal y como se hacía en el transformador

11 Ensayos: Cortocircuito: Se bloquea el eje del motor, siendo por tanto la velocidad 0 y la resistencia de carga del circuito equivalente también 0. En este caso, el motor se comporta exactamente como un transformador y el ensayo se realiza de manera identica logrando obtener los valores de la rama en serie del circuito equivalente.

12 Diagrama de potencias P Cu1 P Cu2 P1 P Fe P mi P Cu1 P Fe P Cu2 P m P1 ESTATOR Pa ROTOR Pmi EJE Pu

13 Par motor: M = P mm = P mm ω 2π n 60 = Tema 4.2. Máquina asíncrona 2π n1 60 P mm = m 1 R 2 I 2 (1 s) s 2 π nn 60 I = R 1 + R 2 s V 1 2 +Xcc 2 M = 2 π n 1 60 m 1 R 2 s V2 1 R 1 + R 2 s 2 +Xcc 2

14 Par motor: dd = 0 s dd m = R 2 R 2 1+X 2 cc M MMM = Tema 4.2. Máquina asíncrona 4 π n 1 60 m 1 V 2 1 R 2 1 +X 2 cc Es posible modificar el punto de maximo par del motor añadiendo una resistencia al rotor (rotores de devanado). Este cambio, no afecta al par máximo.

15 Régimen motor: 0<s<1 Pto 0: s=0=>m=0 N=n1=> IMPOSIBLE Pto A: s=sn=>m=mn (nominal) S= (3-8%) Pto C: Par máximo s=(15-30%) Pto D: Arranque s=1; M=Ma. La curva a la izquierda de C es INESTABLE, ya que al aumentar la velocidad aumenta el par. La parte izquierda es ESTABLE. Cuanto más vertical sea la parte estable, más estable será la velocidad de rotación.

16 Arranque en estrella triángulo: El hecho de que la impedancia del motor sea muy baja a bajas velocidades provoca elevadas intensidades de arranque. Una manera de reducirlas es el arranque en estrella-triángulo: Al conectarse en estrella, el par y la intensidad son un tercio de los que se obtienen en triángulo.

17 Motores de inducción trifásicos Datos a definir Observaciones Requisitos eléctricos Tipo de corriente Tensión de funcionamiento, para los Corriente trifásica, motores multitensión indicar todos corriente monofásica V valores y tolerancias posibles Frecuencia Hz Datos de catálogo Designación de tipo Especificaciones del fabricante Valor nominal Para motores con varias velocidades, valor por velocidad Velocidad Para motores con varios polos, velocidad por potencia de salida Intensidad nominal A Especificaciones del fabricante Intensidad nominal/ Especificaciones del fabricante arranque mínima Par Nm Para aplicaciones especiales Par nominal/mínimo Especificaciones del fabricante Par nominal/desincronización Especificaciones del fabricante Par nominal/arranque Especificaciones del fabricante máximo Momento de inercia kgm 2 Especificaciones del fabricante Rendimiento η % Especificaciones del fabricante Tiempo de bloqueo máx. s Especificaciones del fabricante Tiempo de arranque máx. s Especificaciones del fabricante Tolerancias Establecidas por normas Tipo de diseño Conmutación Para arranque estrella-triángulo, Triángulo, estrella especificar siempre triángulo Tipo de rotor Rotor de jaula, rotor bobinado Modelo IM.. IEC 34-7, Pieza 7 Tipo de protección IP.. IEC 34-7, Pieza 7 Tipo de enfriamiento Enfriamiento interno natural Enfriamiento automático exterior Enfriamiento de circuito cerrado independiente Tipo de aislamiento B, F, H Indicar límite temp., si es necesario Amplitud de vibración Nivel de ruido Normas especiales Caja de bornas Extremos axiales db Normal o reducida Normas eléctricas y mecánicas Indicar tipo de protección y diseño, si es necesario Indicar tipo de protección y diseño, si es necesario Indicar interruptor o enchufe, si es necesario Componentes exteriores e interiores Frenos, tacogenerador Calentador de espacios, ventilación independiente Herramientas medidoras Para rodamientos o de temperatura bobinados del estator - Protección del termistor - Interruptor bimetálico Contactos de conexión o corte - Resistores PTC Tabla Datos de catálogo para motores

18 Motores de inducción trifásicos Datos para definirse Observaciones Par antagonista Nm Convertir para eje de motor, si - constante es necesario - aumento cuadrático - curva especial Hablar con fabricante, si es necesario Momento de inercia de kgm 2 Convertir para máx. velocidad del la carga motor Tipo de arranque - estrella-triángulo Arranque de estrella-triángulo intensificado, si es necesario - arranque a plena carga - arranque sin carga - otros métodos Arrancador suave o controlador de carga, si es necesario Frenado eléctrico Frenado de contramarcha o dinámico Modo de funcionamiento S1 Funcionamiento continuo S2 min Servicio temporal S3 % Tipo de servicio periódico intermitente sin arranque S4 %, c/h Servicio periódico intermitente con arranque S5 %, c/h Servicio periódico intermitente con arranque y frenado eléctrico S6 % Tipo de servicio de funcionamiento contínuo S7 c/h Servicio de funcionamiento continuo con arranque y frenado eléctrico S8 %, c/h Servicio periódico de funcionamien to continuo con cambios de carga/velocidad relacionados S9 Servicio con variaciones de carga y velocidad no periódicas Temperatura ambiente Altura Sentido de rotación Ajuste de velocidad Influencias climáticas o C metros sobre el nivel del mar a la dcha., a la izda. o ambos método y desde...a... Considerar también humedad relativa Carga de rodamiento y axial Fuerza axial N Dirección de fuerza respecto a posición de eje Fuerza radial N Indicar distancia respecto al saliente del eje Fuerzas rotativas N Tabla Datos importantes para el diseño del motor 4.6