TEMARIO AULA: DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS Tema IV Diseño de máquinas asíncronas. Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor.

Transcripción

1 Introducción Detalles de construcción: Estator; Rotor; Forma de las ranuras del rotor. Pauta de cálculo: Inducción en el entrehierro (B); Capa de corriente (A); Número de polos (p); Diámetro (D); Longitud (L); Longitud del entrehierro (g). Cálculo del estator: Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Devanado. Cálculo del rotor: Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito. 1/28

2 Cálculo del rotor: Dimensionamiento del estator Elección del número ranuras del estator n rs Dimensionamiento del rotor Elección del número ranuras del rotor n rr Estimar Conductores/ranura Ncrs Elección J (A/mm 2 ) Dimensionar conductores (s cs ; l c ; L esp_s ; r cs ) Dimensionar ranuras del estator (bs;hs) Dimensionar dientes del estator (ts -bs) Estimar Conductores/ranura Ncrr Elección J (A/mm 2 ) Dimensionar conductores (s cr ; l c ; L esp_r ; r cr ) Dimensionar ranuras del rotor (br;hr) Dimensionar dientes del rotor (tr -br) No Si No Si B satisfactorias B satisfactorias 2/28

3 Cálculo del rotor: Especificaciones Tomar (B media )Teórica Dimensionamiento (D 2 L) y D Dimensionamiento del estator Dimensionamiento del rotor Obtención Parámetros del circuito equivalente No Cumple las especificaciones Si Diseño mecánico Fabricación 3/28

4 Cálculo del rotor: Corriente: Barras del rotor y anillo de cortocircuito. n rr I a I b n rr π = Σ = I b 2 2 2p 2 r a = 2 ρ π D medio_anillos s anillo K R Pérdidas: Barras del rotor y anillo de cortocircuito. I a2 r a + I b2 r b ρ n = rr L b R s + 2 ρ D medio_anillo n 2 ( rr r b_total 4π p 2 K ) I s R b2 = I 2 b anillo 4/28

5 Cálculo del rotor: Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito. Rotor en jaula Resistencia TOTAL del rotor (bar y anillo) de cortocircuito R r = ρ n rr L b s b_total + 2 ρ D medio_anillo n 2 rr 2 K 4 π p s R anillo K R : Factor de corrección del anillo de c.c. Rotor bobinado Resistencia de devanado por fase del rotor R rf = ρ N r L esp_r s r_total 5/28

6 Cálculo del rotor: Número de ranuras y dimensiones de las mismas; Anillo de cortocircuito. Resistencia TOTAL del rotor (barra y anillo) de cortocircuito R r = ρ n rr L b s b_total + 2 ρ D medio_anillo n 2 rr 2 K 4 π p s R anillo K R : Factor de corrección del anillo de c.c. El K R se aplica cuando el ancho del anillo es mayor que el área de la barra, como en el caso de pequeños motores, es necesario considerar la distribución no uniforme de la corriente en la sección del anillo 6/28

7 B apropiadas? Circuito magnético 7/28

8 B apropiadas? Circuito magnético A-V por polo : AT p = AT g + AT diente_s + AT diente_r + AT nucleo_s + AT nucleo_r AT g F (θ,t) = 3/2 F M [ Cos (ωt p ω m t ] FMM total: F = 2 [3/2 ( 4 N s I µ K bs )] FMM por polo: π F = 2 [3/2 ( 4 N s I µ K bs )] = π 2 p 2 p AT p Corriente de magnetización por fase VALOR EFICAZ: π/(3 2) = 0,74 I µf = 0,74 p AT p N s K bs 8/28

9 Especificaciones Tomar (B media )Teórica Dimensionamiento (D 2 L) y D Dimensionamiento del estator Dimensionamiento del rotor Obtención Parámetros del circuito equivalente No Cumple las especificaciones Si Diseño mecánico Fabricación 9/28

10 I 1 R 1 X d1 I 0 I' 2 R' 2 X d2 E 1 I µ N s Φ R c U 1 I Fe R Fe X µ E' 2 U' 2 Corriente de magnetización Corriente de pérdidas en el hierro Corriente de vacío Resistencias rotor y estator Reactancias rotor y estator Reactancia de magnetización 10/28

11 Corriente de magnetización I µf = 0,74 p AT p N s K bs Corriente de pérdidas en el hierro I Fe = P m+ P Fe 3 E sf Corriente de vacío I o = I µ2 + I Fe 2 11/28

12 Resistencias rotor y estator E 1F 4 K f K d1 K a1 f 1 N 1 Φ m r tu = = = K b1 N 1 E 2F 4 K f K d2 K a2 f 1 N 2 Φ m K b2 N 2 r sf = ρ N s I sf s cs S 2 / m 2 E 2 r ti = = m 1 E 1 S 1 / m 1 E 1 m 2 E 2 m 2 = n rr 2p = m 1 m 2 rtu R rf = ρ n rr L 2 1 ( b ) m ρ D medio_anillo n rr K s b_total 4 π p 2 R s anillo r r = r tu r ti R R rf = ρ N r L esp_r s r_total 12/28

13 Reactancias rotor y estator Xµ : reactancia de magnetización Xd : reactancia de dispersión INTERESA: X µ >>> X d Xd = 2 π f L o = 2 π f ( m (2N) 2 l) n :permeancia por unidad L. N s : espira estator por fase Flujos de dispersión n r Denominamos flujo de fugas o de dispersión a todo aquel flujo que no participa directamente en la conversión electromecánica de la energía. Los flujos de dispersión se evalúan a través de la reactancia de dispersión. Para ello es necesario definir las trayectorias de éstos flujos así como la longitud y el área de las mismas (permeancia, ). 13/28

14 Reactancias rotor y estator Denominamos flujo de fugas o de dispersión a todo aquel flujo que no participa directamente en la conversión electromecánica de la energía. En general, estos flujos se cierran por tramos de aire (µ o ) Xd arm Flujo de dispersión Inductancia de dispersión Xd z Xd ran Xd e Xd sk (µ ) Flujo de Flujo de dispersión armónico Flujo en zig-zag Flujo de dispersión de ranura cabeza de bobina y anillo Flujo de dispersión Inclinación de ranura Flujo de dispersión diferencial Xd = Xd arm +Xd z + Xd ran + Xd e + Xd sk 14/28

15 Reactancias rotor y estator - Flujo diferencial de fase, debido a la diferencia entre el flujo total y el correspondiente al fundamental y que lleva a la denominada inductancia de dispersión diferencial de fase. - Flujo en zig-zag, debido al número finito de ranuras y que corresponde a la diferencia entre el flujo teórico correspondiente a un número infinito de ranuras (liso) y el correspondiente al real considerando un número finito de las mismas y que lleva a la denominada inductancia de dispersión en zig-gag; este término presenta valores notables en las máquinas asíncronas con el entrehierro muy pequeño. 15/28

16 Reactancias rotor y estator Ranura El flujo de dispersión de ranura depende de la relación entre el ancho de ranura y la profundidad. Estator Xd ran1 = 8 π f ( m 1 N 2 1 L ) nrs r Rotor reducido Xd ran2 = 8 π f ( m 1 N 2 1 L ) nrr r K b1 K b2 ( ) 2 16/28

17 Reactancias rotor y estator Ranura r 4.41(a) r 4.41(b) 17/28

18 Reactancias rotor y estator Cabeza de bobina y anillo e Formula empírica: Xd e L e 18/28

19 Reactancias rotor y estator Xd = Xd arm +Xd z + Xd ran + Xd e + Xd sk Reactancia total estator: X d1 = Reactancia total rotor: X d2 = Xd arm1 + Xd z1 + Xd ran1 + Xd e1 + Xd sk1 X d2 rt u rt i Reactancia de magnetización E X µ = sf - X d1 I µf 19/28

20 Rend( s) T( s) Tmi( s) I1F( s) Pu( s) 10 2 fdp( s) 100 Tmag( s) s 1 20/28