1 NTRODUCCÓN MOTOR DE NDUCCÓN TRFÁSCOS Norberto A. Lemozy Lo motore aincrónico o de inducción, cuyo principio de funcionamiento etá baado en lo campo magnético giratorio dearrollado por Galileo Ferrari, on lo motore má empleado en la actualidad y lo que preentan la mejore perpectiva en el futuro inmediato. Eta bien ganada jerarquía, e debe a que on robuto, eficiente, y muy encillo, conecuentemente económico de fabricar y de poco mantenimiento, en particular lo que poeen rotor en cortocircuito. Lo motore aincrónico trifáico on lo má utilizado en la indutria, y e fabrican dede potencia menore a un kw hata grande máquina, de media tenión, de 10 ó má MW; pero la mayoría de lo motore tienen potencia menore a lo 50 kw. La velocidad de rotación de eto motore depende fundamentalmente de la frecuencia de la red y, por lo tanto e difícil de modificar. Con el advenimiento de emiconductore de potencia de bajo precio, en la última década eta ituación ha cambiado radicalmente y en la actualidad e má conveniente emplear un motor aincrónico con un variador electrónico de velocidad, que lo cláico motore de corriente continua. Si bien la principale aplicacione de eta máquina on como motore, también pueden funcionar como generadore, con aplicacione en molino eólico, y como freno, normalmente en forma tranitoria. También exiten lo motore aincrónico monofáico, la mayoría de potencia inferiore al kw, y con múltiple aplicacione en pequeña máquina y electrodomético, tale como heladera, lavarropa, ventiladore, acondicionadore de aire, pequeña bomba de agua, etc. Notablemente e fabrican má de eto motore que de lo trifáico. A continuación e hace una breve decripción de la máquina trifáica, u principio de funcionamiento y e dan u principale caracterítica como motor. 2 FORMAS CONSTRUCTVAS Lo motore trifáico de inducción poeen el etator y el rotor cilíndrico y laminado, con entrehierro contante, y con arrollamiento ditribuido. En la figura 1 e muetra un corte de una máquina con rotor en cortocircuito, que on la má empleada. El arrollamiento etatórico e conecta a la red trifáica y e el que produce el campo giratorio, cuya velocidad de rotación dependerá de la frecuencia de la red y del número de polo con que e ha contruido del dicho arrollamiento Lo rotore en cortocircuito, también llamado de jaula de ardilla, etán formado por barra de aluminio, cobre o bronce, in ailación y cortocircuitada en u extremo por medio de aro de cortocircuito, figura 2. Ete e un tipo epecial de arrollamiento ditribuido, que no tiene definida la cantidad de polo: dearrolla automáticamente la mima cantidad de polo que el etator. 1
Red Fig. 1. Corte de un motor de inducción. La mayoría de lo motore de potencia menore a alguna decena de kw utilizan jaula de aluminio inyectado, donde el metal fundido e cuela en la ranura del rotor y, en una operación que dura poco minuto, e forman la barra, lo aro de cortocircuito y lo ventiladore rotórico. Paquete de chapa ranurado Barra Eje Eje Anillo de cortocircuito Fig. 2. Rotor en cortocircuito. Como la barra de aluminio fundido toman la forma de la ranura etampada de la laminacione rotórica, e la puede hacer con ditinta forma y eccione, lo que influye en la caracterítica de funcionamiento del motor. En alguno motore epeciale e utilizan do jaula independiente y concéntrica, lo que también influye en la caracterítica del mimo. Ete procedimiento contructivo e muy imple y económico y el rotor reultante muy robuto, iendo una de la principale razone de la gran difuión de eto motore. En la potencia má grande, la barra on colocada a mano y luego oldada a lo anillo de cortocircuito. Para alguna aplicacione epeciale, donde e requiere una gran cupla de arranque y con baja corriente, como er en grúa, grande cinta tranportadora, molino trituradore que arrancan con carga, etc. e emplean motore con rotor bobinado. Eto rotore, a travé de anillo rozante y ecobilla, figura 3, e conectan a un reótato de arranque que, en forma manual o automática, e elimina gradualmente hata quedar en cortocircuito, que e la condición normal de funcionamiento. 2
Eje Paquete de chapa ranurado Cabeza de bobina Conexione Anillo rozante Eje Ecobilla Reótato de arranque Fig. 3. Rotor bobinado. El arrollamiento de eto rotore e trifáico, del mimo tipo que el etatórico y con el mimo número de polo. Por er contructivamente má complejo, tener anillo rozante, ecobilla y requerir un reótato de arranque, lo motore con rotor bobinado on má cotoo que lo de rotor en cortocircuito, e lo emplea mucho meno y olamente cuando e imprecindible. 3 PRNCPO DE FUNCONAMENTO Sea un motor con rotor en cortocircuito y detenido cuyo arrollamiento etatórico etá conectado a la red, que e la ituación que correponde al intante de arranque. El itema trifáico de corriente que circulará por el etator da lugar a un campo rotante que gira a velocidad incrónica, por ejemplo en entido antihorario, figura 4, repreentado por el vector giratorio Φ. Ω N S Φ Fig. 4. Rotor detenido. Como el rotor etá detenido, la línea de fuerza del campo giratorio cortan a la barra rotórica dando lugar a tenione inducida en ella y como la barra etán cortocircuitada en u extremo, circularán corriente. Son eta corriente inducida la que dan nombre a la máquina. 3
En la máquina de do polo motrada en la figura 4 y en ee intante, la máxima corriente inducida etán en la dirección del flujo Φ ; y a 90 del mimo, la corriente erán nula. La corriente de la barra reaccionarán con el campo magnético y e producirán fuerza tangenciale (debido a que el campo en el entrehierro e radial) en la barra que generan una cupla que trata de mover al rotor en el mimo entido del campo rotante. Éta e la denominada cupla de arranque. En la condicione decripta, el motor e comporta como un tranformador en cortocircuito, por ee motivo la corriente de arranque e varia vece uperior a la nominal. Si e libera el rotor, éte girará en el entido del campo rotante hata alcanzar una velocidad ligeramente inferior a la del mimo, ya que i el rotor gira a la mima velocidad que el campo rotante, no e cortarían línea de fuerza, no e inducirían tenione, no circularían corriente y no habría cupla que mantenga la rotación. O ea que para que la máquina dearrolle cupla y haya converión de energía, debe haber una diferencia de velocidade entre el campo giratorio y el rotor; por eo e la denomina aincrónica. Como la condicione de funcionamiento dependen de ea diferencia de velocidade, e muy útil definir un rebalamiento como: n n n = = (1) Ω Ω Ω Valor que mucha vece e multiplica por 100 para exprearlo en tanto por ciento. Si el motor no poee carga mecánica en el eje, con muy poca diferencia de velocidade puede dearrollar la cupla necearia para vencer lo rozamiento, por lo tanto girará cai a la velocidad incrónica y la corriente rotórica erá muy baja; e decir e comportará cai como un tranformador en vacío. Cuando e le aplica una carga mecánica, el motor debe aumentar el rebalamiento, e decir, bajar la velocidad, para dearrollar la cupla exigida por la carga. No obtante la variacione de velocidad entre vacío y plena carga on muy pequeña, o ea que e un motor de velocidad prácticamente contante. La caracterítica externa del motor e prácticamente una recta, que paa por Ω 0 Ω y con una ligera pendiente negativa, figura 5. Ω Ω 0 T 0 T n Fig. 5. Caracterítica externa. 4
Como la potencia mecánica e activa, el motor en carga e comporta como un tranformador con carga reitiva. De lo expueto e concluye que el comportamiento de etá máquina tiene grande emejanza con el de lo tranformadore, por ee motivo el circuito equivalente e el de un tranformador con carga reitiva, figura 6. U 1 1 r1 x1 ' x' R p p 0 2 m X m r' 2 2 r' 2 1 - Fig. 6. Circuito equivalente de una fae referida al etator. No obtante tener el mimo circuito equivalente que un tranformador hay alguna diferencia en la magnitude, por ejemplo, por la preencia del entrehierro entre el etator y el rotor, la corriente magnetizante m e batante mayor que en un tranformador, lo que deaconeja mover o eliminar X m del circuito equivalente, coa común en lo tranformadore. La potencia en la reitencia equivalente de carga e la potencia mecánica dearrollada internamente en la máquina. La potencia diponible en el eje del motor e ea potencia meno la pérdida mecánica por rozamiento y ventilación. 4 PRNCPALES CARACTERÍSTCAS En la tabla iguiente e reumen la principale caracterítica de lo motore aincrónico trifáico. Lo valore on aproximado y con fine ilutrativo. Tabla. Funcionamiento en vacío. n 0 0,995 n 0 0,005 0 De 10 a 35 % de n P 0 De 4 a 8 % de P n co ϕ 0 0,02 Lo valore má grande de 0 y P 0 correponden a la máquina de menor potencia. Tabla. Funcionamiento a plena carga. n 0,97 n 0,03 η De 0,70 a 0,95 co ϕ 0 De 0,75 a 0,90 Lo valore má alto de η y co ϕ 0 correponden a la máquina de mayor potencia. 5
La caracterítica en el arranque dependen del tipo de rotor, tabla. Tabla. Caracterítica en el arranque. Rotor arr T arr Cortocircuito De 5 a 7 n De 1 a 2 T n Bobinado De 2 a 3 n De 2 a 3 T n En la tabla e aprecian la ventaja de lo motore con rotor bobinado en cuanto a la corriente y la cupla de arranque. 4 BBLOGRAFÍA Stephen J. Chapman: Máquina Eléctrica Editorial Mac Graw Hill, 2005. B. S. Guru y H. R. Hiziroğlu: Máquina Eléctrica y Tranformadore Editorial Oxford Univerity Pre, 2003. ng. Norberto A. Lemozy 2010 6