7.1.1)Introducción. Fig.7.1.: Aspecto externo de un motor de inducción típico. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 116

Transcripción

1 CAPÍTULO 7 7.1)ASPECTOS CONSTRUCTIVOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO )Introducción. Fig.7.1.: Aspecto externo de un motor de inducción típico. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 116

2 Fig.7.2.: Partes componentes de un motor de inducción trifásico jaula de ardilla )Devanado trifásico en el estator. a) b) c) Fig.7.3.: Máquina de inducción trifásica; a) corte transversal; devanado de estator en conexión b) estrella y c) triángulo. a) b) Fig.7.4.: Láminas de núcleo en un motor de inducción trifásico: a) estator; b) rotor devanado. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 117

3 Fig.7.5.: Vista del estator de una máquina de corriente alterna trifásica )Devanados de rotor. a) b) Fig.7.6.: rotores de máquinas de inducción: a) rotor devanado con anillos deslizantes; b) rotor jaula de ardilla. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 118

4 a) b) Fig.7.7.: Corte de un motor de inducción: a) con rotor devanado; b) con rotor jaula de ardilla. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 119

5 7.1.4)Principio de funcionamiento. a a' c c' b' b a) b) Fig.7.8.: Motor de inducción con rotor devanado: a) devanados del estator y del rotor; b) terminales del estator y del rotor. a) Fig.7.9.: Interacción de campos del estator y del rotor en una máquina de inducción de rotor devanado. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 120

6 7.1.5)Distribución de potencias en la máquina de inducción. Entrehierro P el Estator Rotor P el = V I cosθ P C.G P mec ω,t P mec Pérdidas en el estator Pérdidas en el rotor Fig.7.10.: Flujo de potencias en la máquina de inducción. 7.2)TEORÍA DE LA MÁQUINA DE ROTOR DEVANADO )La máquina conectada a la red infinita. Red 3φ Estator (Frecuencia f) Rotor (Frecuencia sf) i 1 i 2 + v 1 v ω r Fig.7.11.: Máquina de inducción conectada a la red trifásica. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 121

7 7.2.2)El circuito equivalente por fase. I 1 R 1 X s 1 V 1 R fe E 1 X m a) Transformador I 1 R 1 X s 1 ideal I 2 R 2 X s 2 V 1 R fe E 1 X m se 2 (1) b) Frecuencia f ω r Frecuencia sf Transformador I 1 R 1 X s 1 I 2 ' ideal I 2 R 2 X s 2 V 1 R fe E 1 X m E 1 E 2 c) N 1 : N 2 I 1 R 1 X s 1 X s 2 ' R 2 ' I2 ' V 1 X m 1 - s R 2 ' Ł s ł d) R 2' 1 - s = R 2' + R 2' s Ł s ł Fig.7.12.: Circuito equivalente por fase: a) considerando solamente el estator; b) con rotor girando; c) con rotor detenido; d) referido al estator, recomendado por IEEE. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 122

8 7.2.3) La característica torque-velocidad. T ( s ) + s s Donde: T: Torque desarrollado por la máquina. s: Deslizamiento. T M : Torque máximo. s M : Deslizamiento para torque máximo. 2 T M = (7.1) s M s M Fig.7.13.: Deducción de la característica torque-velocidad de un motor de inducción trifásico. T T nom T M T arranque T nominal w nom w sinc w r Fig.7.14.: Característica torque-velocidad de un motor de inducción típico. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 123

9 7.3)CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN Y CONTROL )Operación como generador y freno. Fig.7.15.: Característica torque-velocidad como motor, generador y freno )La zona de trabajo estable. Fig.7.16.: Zona de trabajo estable en una máquina de inducción. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 124

10 7.3.3)Comportamiento de las variables eléctricas. Fig.7.17.: Comportamiento de las variables eléctricas en un motor de inducción de 220[V] 3φ, 60 [Hz], 10 kw, T nom =52,4[Nm] )Clases de motores. Fig.7.18.: Curvas torque-velocidad típicas para las diferentes clases de motores.(a-b-c-d). SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 125

11 7.3.5)Arranque de las máquinas de inducción. El partidor estrella triángulo. Estator V I U V 3 V I D Fuente a) b) 2 1 c) Fig.7.19.: a) Devanados en estrella y triángulo; b) partidor estrella triángulo; c) curva torque-velocidad. Partida por autotransformador. Fuente V 1 Motor de inducción IM Fuente R S R S R S S S S IM R: Run S: Start a) b) Fig.7.20.: Partida de un motor mediante autotransformador: a) variable; b) fijo. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 126

12 Partidor de estado sólido (soft starter). Fig.7.21.: Variación de la tensión en la carga mediante semiconductores. V 1 Red IM ω ref Circuito de disparo Fig.7.22.: Partidor suave (soft starter) trifásico. Resistencias adicionales en el rotor. Motor de inducción R ex Fig.7.23.: Motor de inducción con rotor devanado y resistencias adicionales en el rotor. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 127

13 Fig.7.24.: Efecto de la variación de la resistencia en el rotor. Fig.7.25.: Comportamiento de la corriente del rotor con resistencias adicionales en el rotor. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 128

14 7.3.6)Variación de la velocidad del motor. Variación de la velocidad variando la tensión del estator. Fuente V 1 IM Tacómetro (Sensor de velocidad) Carga Circuito de control n ref + - n Fig.7.26.: Control de velocidad mediante un partidor suave. a) b) Fig.7.27.: Características Torque-Velocidad para diferentes tensiones del estator: a) motor clase A; b) motor clase D. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 129

15 Variación de la velocidad usando resistencias adicionales en el rotor. Motor de inducción R ex a) b) Fig.7.28.: Variación de velocidad en un motor de inducción de rotor devanado con resistencia variable en el rotor. Control de velocidad mediante alimentación de frecuencia variable. Fuente V L-L IM Fig.7.29.: Motor de inducción alimentado por un inversor (variador de frecuencia) trifásico. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 130

16 a) Fig.7.30.: Tensión de frecuencia variable generada por un inversor con control PWM (Pulse Width Modulation): a) f=60 [Hz] y V L-L fund =120[V]; b) f=30 [Hz] y V L-L fund=120[v]. b) a) b) Fig.7.31.: Tensión de frecuencia variable generada por un inversor con control PWM: a) f=60 [Hz] y V L-L fund =120[V]; b) f=60 [Hz] y V L-L fund =60[V]. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 131

17 Fig.7.32.: Características torque-velocidad de un motor de inducción con tensión y frecuencia variables. Red Rectificador Inversor IM ω,t Taco Modulador V Control de velocidad f V ref ω 1 V ω 2 ω r-ref + ω 1 + ω r - f + ω r Fig.7.33.: Esquema de control de velocidad simple. SISTEMAS ELECTROMECÁNICOS Pág 132