SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 83
Descargar para leer sin conexión
7. Máquinas Eléctricas Rotativas
7.1 Introducción. Generalidades
7.2 Motores de inducción
7.3 Otros tipos de motores
7.3.1 Máquina Síncrona
7.3.2 Motores de corriente continua
7.3.3 Motores monofásicos
7.4 Selección de un Motor
7.4.1 Grado de protección de un motor y formas
constructivas
7.4.2 Tipos de servicio
Motor de Inducción
o Asíncrono
Motor Síncrono Motor de Corriente
Continua
Motor
Monofásico
Sistema
Eléctrico
Sistema
Mecánico
Máquina
Eléctrica
Generador: Peléctrica Pmecánica
Motor: Peléctrica Pmecánica
Máquinas eléctricas
• Estáticas: Transformadores
• Rotativas:
• Motores
• Generadores
Sistema
Eléctrico - A
(Tensión 1)
Transformador
Sistema
Eléctrico - B
(Tensión 2)
7.1 Introducción: Generalidades
Una máquina eléctrica rotativa es
una máquina reversible
Motor Generador
Transformación
Energía eléctrica-Energía eléctrica
Transformación
Energía eléctrica-Energía mecánica
→ Principio de funcionamiento como GENERADOR.
Campo magnético externo de valor constante que es visto por una espira (bobina)
como variable al estar ésta en movimiento. Se induce, por tanto, una fuerza
electromotriz o potencial en los extremos de la bobina
N S
Imanes
Permanentes
Escobillas
Fuerza Electromotriz
inducida en la espira
por el campo
Fuerza externa que
hace girar a la
espira
Espira
Campo
Magnético
+
7.1 Introducción: Generalidades
Si se hace circular una intensidad por una bobina inmersa en un campo magnético,
ésta sufre un par motor que tiende a alinear ambos campos magnéticos, el propio
de la bobina y el externo.
@Manés Fernández
N S
Imanes
Permanentes
Corriente que se hace
circular por la espira
Espira
Campo
Magnético
Escobillas
FUERZA QUE TIENDE A HACER
GIRAR A LA ESPIRA: PAR MOTOR
→ Principio de funcionamiento como MOTOR.
7.1 Introducción: Generalidades
→ Estructura básica de una máquina eléctrica rotativa.
Rotor: Pieza cilíndrica montada sobre el eje móvil.
Estátor: Pieza cilíndrica hueca que envuelve al rotor y está separada de éste por
el entrehierro.
De forma general se puede afirmar que:
# Tanto el estátor como el rotor alojan bobinas (circuitos eléctricos).
# Existen dos circuitos eléctricos concatenados por un circuito magnético.
EJE
(Acoplamiento
mecánico)
7.1 Introducción: Generalidades
Rotor
Estator
Flujo Magnético
→ Clasificación de las máquinas eléctricas rotativas.
• Máquinas síncronas: Alternador
- Intensidad continua inyectada en las bobinas del rotor.
- Corriente alterna en las bobinas del estátor.
• Máquinas de inducción: Motor
- Corrientes alternas en las bobinas del estátor y/o del rotor.
- Intensidades en el rotor inducidas por el estátor (Motor).
• Máquinas de corriente continua: Ambos
- Alimentadas en continua.
► Las máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna:
Pueden ser monofásicas o trifásicas (síncronas y de inducción)
7.1 Introducción: Generalidades
► Distintas máquinas en función del método empleado para generar el campo magnético:
mmP ωτ ⋅= ϕcos3 ⋅⋅⋅= LLe IVP
(1) (2) (3) (4)
Potencia eléctrica
generada (trifásica)
Potencia mecánica
aplicada
(W)VatiosEnP
egundoradianes/sengirodeVelocidad
metro)x(NewtonNmenmotorPar
mω
τ
(1) Pérdidas mecánicas (rozamiento y ventilación)
(2) Pérdidas en el cobre del rotor (calentamiento de conductores)
(3) Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas)
(4) Pérdidas en el cobre del estátor (calentamiento de conductores)
Balance Energético→ Máquina eléctrica GENERADOR.
eee Q·jPS +=
7.1 Introducción: Generalidades
(1) Pérdidas mecánicas (rozamiento y ventilación)
(2) Pérdidas en el cobre del rotor (calentamiento de conductores)
(3) Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas)
(4) Pérdidas en el cobre del estátor (calentamiento de conductores)
(4) (3) (2) (1)
mmP ωτ ⋅=
Potencia mecánica
realizada
ϕcos3 ⋅⋅⋅= LLe IVP
Potencia eléctrica
consumida (trifásica)
(W)VatiosEnP
egundoradianes/sengirodeVelocidad
metro)x(NewtonNmenmotorPar
mω
τ
eee Q·jPS +=
Balance Energético→ Máquina eléctrica MOTOR.
7.1 Introducción: Generalidades
7.2 Máquinas de inducción
7.2.1. Aspectos constructivos.
7.2.2. Principio de funcionamiento del motor de
inducción trifásico.
• Fundamentos Teóricos
• Deslizamiento
7.2.3. Circuito equivalente.
7.2.4. Balance de potencias en el motor.
7.2.5. Característica par deslizamiento.
7.2.0 Introducción.
TIPOS DE MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE
ALTERNA
GIRATORIAS
ASÍNCRONAASÍNCRONA SÍNCRONA
ALTERNADOR
MOTOR
MOTOR
GENERADOR
ESTÁTICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE CONTINUA
GENERADOR
MOTOR
TRANSFORMADOR
7.2.1 Aspectos constructivos. Sección.
Corte axial
Corte en 3D
7.2.1 Aspectos constructivos. Rotor de jaula.
Paquete
magnético
estatórico
Cabezas de bobina
Ranuras del
estátor Ranuras del
rótor
Eje Anillo de
cortocircuito
Paquete
magnético
rotórico
● Su simplicidad y gran robustez son las ventajas más destacadas.
Anillos
rozantes
Anillos
rozantes
©© L. Serrano: Fundamentos deL. Serrano: Fundamentos de
mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
©© L. Serrano: Fundamentos deL. Serrano: Fundamentos de
mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
Escobillas
● El circuito rotórico se cortocircuita
exteriormente a través de unas
escobillas (grafito) que frotan sobre
los anillos rozantes.
● El inconveniente es su elevado
mantenimiento.
7.2.1 Aspectos constructivos. Rotor bobinado.
Anillos rozantes y
escobillas
{
Circuito
Eléctrico
Arrollamiento
trifásico
Bobinas preformadas o
devanado preformado
Bobinas de hilo esmaltado
o devanado aleatorio
Estátor
Circuito
eléctrico
estatórico
Rotor
Circuito
eléctrico
rotórico
Arrollamiento
(polifásico)
en cortocircuito
Jaula de ardilla
Bobinado o
Anillos rozantes
Bobinas de cobre
Anillos rozantes
Aluminio fundido
Barras soldadas
Circuito
Magnético
Paquetes Magnéticos
Chapa magnética de acero al silicio
apiladas y eléctricamente aisladas
unas de otras
Entrehierro
Estátor
Paquete magnético
Cilíndrico hueco
Ranuras
en la superficie
interna
Rotor
Paquete magnético
cilíndrico
Ranuras
en la superficie
externa
Estructura
mecánica
Estátor: Parte fija
Rotor: Parte giratoria
Cilindro que puede girar sobre su eje (rotor)
en el interior de otro cilindro hueco fijo (estátor)
7.2.1 Aspectos constructivos. Desglose.
Caja de terminales- bornes
( bobinas del estátor )
7.2.1 Aspectos constructivos: Caja de bornes (estátor).
V1 W1
W2 U2 V2
U1
U2
V1
V2
W1
W2
U1
U2
V1
V2
W1
W2
Pletina de
cobre
Devanados del motor
U1 V1 W1
W2 U2 V2
Caja de
conexiones
Conexión en
estrella
Conexión en
triángulo
U1
Bobinas del motor (estátor)
{
7.2.1 Aspectos Constructivos: Placa de características
Motor Conexión Trifásica
Velocidad
Nominal
Potencia
Nominal
Tensión
Nominal Intensidad
Nominal
Factor de
Potencia
Frecuencia
Nominal
7.2.2 Principio de funcionamiento. Introducción.
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
→ EL TRANSFORMADOR.
Convertidor
electro-mecánico
• Motor
• Generador
→ LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN.
Par
Velocidad
Energía
eléctrica
C
A
B
Si se aplica un sistema trifásico de intensidades en 3 bobinas desfasadas entre sí 120°:
)120cos(2)(
)120cos(2)(
)cos(2)(
)120cos(2)(
)120cos(2)(
)cos(2)(
'
'
'
'
'
'
°+⋅⋅=
°−⋅⋅=
⋅⋅=
°+⋅⋅=
°−⋅⋅=
⋅⋅=
tBtB
tBtB
tBtB
tIti
tIti
tIti
cc
bb
aa
cc
bb
aa
ω
ω
ω
ω
ω
ω
→ Generación de campos magnéticos giratorios. Teorema de Ferraris
Se inducen flujos magnéticos en
cada bobina, perpendiculares al
plano de la bobina respectiva y
variables en el tiempo al igual
que la intensidad que los
producen.
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
El campo magnético resultante es constante en el tiempo y gira en el
espacio a velocidad ω.
Cambiando las intensidades
de dos devanados entre sí
cambia el sentido de giro
El estátor de un motor de inducción
está formado por tres devanados
desplazados en el espacio 120º.
En la figura se representa sólo una
espira de cada uno de los devanados
( aa’, bb’, cc’ )
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
b
a
a’
b’
c
c’
EstatorEstator
Origen de
ángulos
RotorRotor
Los tres devanados están alimentados
mediante un sistema trifásico
equilibrado de tensiones. Por tanto, las
corrientes que circulan por las espiras
son sinusoidales y están desfasadas
120º entre si)120cos(2)(
)120cos(2)(
)cos(2)(
'
'
'
°+⋅⋅=
°−⋅⋅=
⋅⋅=
tIti
tIti
tIti
cc
bb
aa
ω
ω
ω
• Aparece un campo magnético giratorio. Teorema de Ferraris.
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
)s/rad(
T
p
·2
1
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ π
=Ω
Ω1 = Velocidad de giro del campo estátorico.
(2·π/p) = Distancia entre dos polos
estátoricos consecutivos del mismo nombre
y de la misma fase.
T = Tiempo que se tarda en recorrer la
distancia idem anterior. Viene impuesto por
la frecuencia de la red de alimentación.
p = Pares de polos.
• El devanado rotorico está inmerso en un campo magnético giratorio.
• Aparece un par motor en el rotor.
- El campo magnético giratorio ( B )
induce fems en el devanado del rotor.
- Éstas a su vez provocan la
circulación de corrientes ( i ) en el
devanado del rotor.
F = Fuerza que se produce en los conductores del rotor. Su sentido
es el de seguir al campo magnético giratorio del estátor.
)BxL(·iF =
i = Corriente que circula por los conductores del rotor.
B = Campo magnético giratorio creado por las bobinas del estátor.
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
L
i
Magnitud dirección y sentido de la fuerza que
se produce en los conductores del rotor.
Estator Inductor Rotor Inducido
Si, por ejemplo, aumentamos el número de polos magnéticos en el rotor, se puede
conseguir que las bobinas del estátor “vean” un fujo giratorio de velocidad superior a
la de giro del rotor.
me
P
ωω ⋅=
2
Si P es el número de polos:
Frecuencia
eléctrica
Velocidad
de giro
► Para conseguir 50 Hz se requiere una velocidad de giro de:
• 3000 rpm si tiene dos polos (un par de polos)
• 1500 rpm si tiene cuatro polos (dos pares de polos)
• 1000 rpm si tiene seis polos
• 750 rpm si tiene ocho polos
• 600 rpm si tiene diez polos
→ Relación entre frecuencia eléctrica y velocidad de giro.
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
Igual número de polos
en rotor y estator
Motor de
inducción
Estator
Rótor
Devanado trifásico simétrico (a 120º)
alimentado con sistema trifásico
equilibrado de tensiones (desfase de 120°)
Espiras en cortocircuito
Sistema
trifásico
equilibrado
Devanado trifásico
simétrico (a 120º)
Campo giratorio Ω1 = 2πf/p
Ley de Faraday
Interacción v-B
FEM inducida por el
campo giratorio en los
conductores del rotor
Espiras en cortocircuito
sometidas a tensión.
Circulación de corriente
por las espiras del rotor
Ley de Biot
y Savart
Interacción i-B
Fuerza sobre las
espiras del rotor
Par sobre
el rotor
El rotor
gira
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Recapitulación.
El rotor del motor de inducción, siempre que funciona accionando
una carga, gira a velocidad Ωr inferior (pero próxima) a la de
sincronismo (Ω1).
Debido a que el rotor gira a una velocidad inferior (diferente) a la de
sincronismo, su velocidad se denomina asíncrona y al motor se le
nombra como asíncrono.
Cuando funciona en vacío, el único par motor que debe desarrollar
es el necesario para compensar las pérdidas (muy pequeño), por lo
que gira a una velocidad muy próxima a la de sincronismo.
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Deslizamiento.
La velocidad Ω1 a la que gira el campo magnético creado por el
estátor se denomina velocidad de sincronismo. Su valor constituye el
límite al que pude girar el rotor cuando la máquina funciona como
motor, ya que, en caso contrario, al no existir movimiento relativo
entre los conductores del rotor y el campo, no se induciría F.E.M.
(interacción v-B) en el devanado rotórico y, por tanto, tampoco habría
par motor (interacción i-B).
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Deslizamiento.
Supuesto el rotor girando a una velocidad estable Ωr en el mismo
sentido de giro ( Ω1) del campo creado por el estátor.
• El rotor, respecto al estátor, se mueve a una velocidad de deslizamiento.
Velocidad de deslizamiento: Ωdes = Ω1 - Ωr
• Esa diferencia se denomina DESLIZAMIENTO ( s ó s%) cuando se
expresa como una fracción de la velocidad sincrónica ( Ω1 ):
s
1
r1
Ω
Ω−Ω
= 100·%s
1
r1
Ω
Ω−Ω
=
Velocidad síncrona (rad/s)
Velocidad del rotor (rad/s)
( p u )
{ {( ) s·ys1· 1des1r Ω=Ω−Ω=Ω
( rad/s )
→ Velocidad relativa.
7.2.2 Principio de Funcionamiento. Deslizamiento.
→ Intervalo de valores del deslizamiento ( régimen motor ).
n
nn
s
1
r1 −
= 100·
n
nn
%s
1
r1 −
=
Deslizamiento :
Los motores de inducción siempre funcionan con valores de
deslizamiento muy bajos: s % < 5 %
Los motores de inducción siempre funcionan con valores de
deslizamiento muy bajos: s % < 5 %
100·%s
1
r1
Ω
Ω−Ω
=s
1
r1
Ω
Ω−Ω
= ( p u )
Rotor parado :
( p u )
nr = 0 s = 1 ó s% = 100%
Rotor en vacío :
nr ≈ n1 s ≈ 0 ó s% ≈ 0%
Rotor en carga :
0 < nr < n1 1 > s > 0
El circuito equivalente de una máquina de inducción es parecido al
del transformador, con la diferencia de que el devanado estatórico
es el primario y el rotorico es el secundario.
El circuito equivalente de una máquina de inducción es parecido al
del transformador, con la diferencia de que el devanado estatórico
es el primario y el rotorico es el secundario.
Además, el devanado secundario (rotorico) está cortocircuitado.Además, el devanado secundario (rotorico) está cortocircuitado.
En la máquina real el valor de la resistencia del rotor NO depende
de la velocidad de deslizamiento.
En la máquina real el valor de la resistencia del rotor NO depende
de la velocidad de deslizamiento.
7.2.3 Circuito equivalente.
Analíticamente se deduce un CIRCUITO EQUIVALENTE con
parámetros A ROTOR PARADO, en el que la RESISTENCIA que
representa la del ROTOR es función del DESLIZAMIENTO.
Analíticamente se deduce un CIRCUITO EQUIVALENTE con
parámetros A ROTOR PARADO, en el que la RESISTENCIA que
representa la del ROTOR es función del DESLIZAMIENTO.
Los valores necesarios para obtener analíticamente los parámetros
del circuito equivalente se obtienen de dos ensayos de laboratorio:
Ensayo de vacío y ensayo de rotor bloqueado.
Los valores necesarios para obtener analíticamente los parámetros
del circuito equivalente se obtienen de dos ensayos de laboratorio:
Ensayo de vacío y ensayo de rotor bloqueado.
Tensión
de fase
(Estator)
Resistencia
cobre rotor
Reactancia
dispersión
rotor
Resistencia
potencia
mecánica
entregada
Resistencia
cobre estator
Reactancia
dispersión
estator
Reactancia
magnetizante
Resistencia
pérdidas hierro
Corriente
de vacío
Xs Rs
U1
I1
XR ’ IR ’
Xμ Rfe
IfeIμ
I0
RR ’
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡ −
⋅
S
S
'RR
1
7.2.3 Circuito equivalente referido a rotor parado
El circuito equivalente se plantea por fase y con conexión en estrella.
Los elementos del circuito con una ’ están referidos al estator:
rt = Ne / Nr
Pérdidas
estator
Pérdidas
rotorPotencia
eléctrica de
entrada
P1
Pcu1 pfe1
Pfe2=0 Pcu2
Pa
Potencia de
entre hierro
Pmi
Pm
Potencia
útil
Pu
7.2.4 Balance de potencias
Potencia
mecánica
interna
Pérdidas
mecánicas
Pm Pérdidas mecánicas (rozamiento y ventilación)
Pcu2 Pérdidas en el cobre del rotor (calentamiento de conductores)
PFe Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas)
Pcu1 Pérdidas en el cobre del estátor (calentamiento de
conductores)
Potencia mecánica
realizada
Potencia eléctrica
consumida (trifásica)
Balance Energético→ Máquina eléctrica MOTOR.
P1
Pcu1 PFe Pcu2 Pm
Pu
7.2.4 Balance de potencias
Pc Pa Pmi
Par útil: el par que es capaz de
desarrollar el motor en el eje
Pu = Pmi – Pérdidas mecánicasPu = Pmi – Pérdidas mecánicas
Se denomina PAR INTERNO al par total desarrollado internamente
por la máquina asíncrona.
Pmi
Mi
Ωr
=
Pu
Mu
Ωr
=
El rendimiento de un motor informa del aprovechamiento de la potencia
eléctrica absorbida por el motor para producir potencia mecánica
Pu
η
P1
=
7.2.4 Balance de potencias
1 Deslizamiento S
Par
Par de
Arranque
Par máximo
Par Nominal
0
Velocidad de
sincronismo
Motor GeneradorFreno
s > 1s > 1s > 1 0 < s < 10 < s < 10 < s < 1 s < 0s < 0s < 0
221 −−= ,
T
T
nom
arr 221 −−= ,
T
T
nom
arr
7281 ,,
T
T
nom
max
−−= 7281 ,,
T
T
nom
max
−−=
7.2.5 Característica Par-Deslizamiento
Punto de funcionamiento
Curva
característica de
la carga
La CARACTERÍSTICA MECÁNICA de los motores de inducción es
prácticamente LINEAL entre vacío y plena carga.
La CARACTERÍSTICA MECÁNICA de los motores de inducción es
prácticamente LINEAL entre vacío y plena carga.
El PAR MÁXIMO suele ser de 2 a 3 veces el nominal.El PAR MÁXIMO suele ser de 2 a 3 veces el nominal.
El PAR DE ARRANQUE tiene que ser SUPERIOR al NOMINAL para
permitir que el motor se ponga en marcha y acelerar la carga .
El PAR DE ARRANQUE tiene que ser SUPERIOR al NOMINAL para
permitir que el motor se ponga en marcha y acelerar la carga .
Para un determinado deslizamiento el PAR varía con
el CUADRADO de la TENSIÓN.
Para un determinado deslizamiento el PAR varía con
el CUADRADO de la TENSIÓN.
7.2.5 Característica Par-Deslizamiento
7.3 Otros tipos de Motores
7.3.1 Motor Síncrono
• Introducción
• Principio de funcionamiento
• Características constructivas
• Circuito equivalente
• Funcionamiento en vacío
• Funcionamiento en carga
7.3.1.1 Introducción.
TIPOS DE MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE
ALTERNA
GIRATORIAS
SÍNCRONASÍNCRONAASÍNCRONA
ALTERNADOR
MOTOR
MOTOR
GENERADOR
ESTÁTICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE CONTINUA
GENERADOR
MOTOR
TRANSFORMADOR
La más utilizada en la generación de energía eléctrica.
Es necesario mantener la velocidad rotórica constante. La
frecuencia es proporcional a la velocidad de giro.
Potencias máximas del orden de 2000 MVA.
► EL ALTERNADOR.
Energía Mecánica
en el eje
Energía
Eléctrica
Sistema III
AC
Energía Eléctrica
DC
MÁQUINA
SÍNCRONA
(ALTERNADOR)
7.3.1.1 Introducción.
)
2
cos(sen)(
coscos)(
π
ωωωω
ωθ
−⋅⋅Φ=⋅⋅Φ=
∂
Φ∂
−=
⋅Φ=⋅⋅=Φ
tt
t
te
tABt
MAXMAX
MAX
fN
fN
fN
NE
E
MAX
MAX
MAX
MAXMAX
RMS
y,aalProporcion
2
2
2
22
Φ
Φ⋅⋅⋅⋅=
⋅Φ⋅
=
=
⋅Φ⋅
==
π
π
ω
Se hace girar un campo magnético constante (imán o bobina alimentada en continua
en el rotor) en el interior de una bobina fija alojada en el estátor
Fuerza electromotriz inducida
en los extremos de la bobina:
La frecuencia de la tensión inducida
es la de giro de la bobina
→ Principio de funcionamiento del GENERADOR síncrono.
7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
)120cos(2)(
)120cos(2)(
)cos(2)(
°+⋅⋅=
°−⋅⋅=
⋅⋅=
tEte
tEte
tEte
RMSc
RMSb
RMSa
ω
ω
ω
Se consigue un sistema trifásico de tensiones disponiendo tres bobinas en el estátor
desfasadas 120° entre sí. Las tensiones inducidas estarán desfasadas de forma
simétrica.
El flujo magnético constante se
consigue mediante una bobina
solidaria al rotor en la que se
inyecta corriente continua
→ Principio de funcionamiento del GENERADOR síncrono.
7.3.1.2 Principio de Funcionamiento.
Rotor Inductor
Estator Inducido
Generador
Estator
Rótor
Devanado trifásico simétrico (a 120º)
Devanado rotórico alimentado con
corriente continua
Rotor alimentado
con cc genera
campo B cte
Rotor girando a N rpm
mediante máquina motriz
Interacción v-B
FEM inducida por el
campo giratorio
en el estator
Campo B girando
misma velocidad
del rotor
Tensión trifásica
a f=pN/60
7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Recapitulación.
Ley de Faraday
Motor
Estator
Rótor
Devanado rotórico alimentado con
corriente continua
Rotor alimentado
con cc genera
campo B cte
Se lleva el rotor al
sincronismo mediante
máquina motriz externa
Campo B del estator
arrastra a campo B
del rotor
Campos B de estator
y rotor girando
misma velocidad
El rotor gira
7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Recapitulación.
Devanado trifásico simétrico (a 120º)
alimentado con sistema trifásico
equilibrado de tensiones (desfase de 120°)
Motor síncrono tiene par de arranque nulo
Estator alimentado
con tensión trifásica
Estator genera campo
B giratorio
Enganche
magnético
p=1 ⇒ 3000 rpm
p=2 ⇒ 1500 rpm
p=3 ⇒ 1000 rpm
p=4 ⇒ 750 rpm
• n = Velocidad rotórica (rpm).
• f = Frecuencia de la onda de tensión.
• p = Número de pares de polos.
p
f
n
⋅
=
60
→ Velocidad de giro del rotor (circuito inductor).
P = 1 P = 2 P = 3
→ Ejemplo: Obtención de tensión a 50Hz en función del Nº de polos.
7.3.1.2 Principio de Funcionamiento.
La máquina síncrona utiliza un
ESTÁTOR constituido por un
devanado trifásico simétrico
(distribuido a 120º) idéntico a la
máquina asíncrona de inducción
El ROTOR está formado
por un devanado
alimentado desde
el exterior a través
de escobillas y
anillos rozantes con
corriente continua
El rotor puede ser liso o de polos
salientes
Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales
eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos.
Como motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es
muy elevada >1 MW
7.3.1.3 Características constructivas.
Velocidades de giro bajasVelocidades de giro bajas
rotor – polos salientes
Velocidades de giro elevadas.
Turboalternadores
Velocidades de giro elevadas.
Turboalternadores
→ Estructura de la máquina síncrona. Estátor y rotor.
NNN
S
S
Sentido de las
corrientes por
el rotor
N
S
Líneas de
campoestátor
rotor – polos lisos
7.3.1.3 Características constructivas.
► El Flujo magnético (excitación) es creado por un
electroimán situado en la parte giratoria de la máquina (rotor).
• Rotor de polos salientes: bobina del electroimán rodeando
a las expansiones polares del rotor.
• Rotor de polos lisos: bobina del electroimán situada en
ranuras practicadas longitudinalmente en el rotor.
P = 1 P = 2 P = 1 P = 2
Rotor
7.3.1.3 Características constructivas.
7.3.1.4 Circuito equivalente.
La F.E.M. (E) es proporcional a la corriente de excitación (Ie) del rotor.
En funcionamiento como generador representa a la tensión que se
induce en el estator.
La F.E.M. (E) es proporcional a la corriente de excitación (Ie) del rotor.
En funcionamiento como generador representa a la tensión que se
induce en el estator.
Xs = Reactancia síncrona = reactancia dispersión estator + reacción de inducidoXs = Reactancia síncrona = reactancia dispersión estator + reacción de inducido
j Xs Rs
A
B
E
I
+
V = ( U / √3 )
Inducido-estator
Rs = Resistencia de los conductores de las bobinas del estátorRs = Resistencia de los conductores de las bobinas del estátor
Inductor-rotor
Ie
Ve+ −
► Impedancia síncrona.
Circuitoequivalente
porfase
Circuitoequivalente
porfase
7.3.1.5 Funcionamiento en vacío.
Velocidad de
giro
Flujo
Cuando el generador trabaja en vacío
no hay caída de tensión: La tensión
de salida (V) coincide con la FEM (E).
Cuando el generador trabaja en vacío
no hay caída de tensión: La tensión
de salida (V) coincide con la FEM (E).
nKE ⋅ϕ⋅=
ϕ = f(Ie)
► Característica de vacío o de magnetización.
V
Ie
A
TensiónenvacíoV
Intensidad de excitación
7.3.1.6 Funcionamiento en carga. Reacción de inducido.
Cuando el alternador trabaja en vacío el único flujo existente es el
producido por la corriente continua de excitación del rotor.
El flujo total de la máquina se
verá disminuido o aumentado
dependiendo que la carga sea
inductiva o capacitiva.
Cuando suministra corriente a una carga, dicha corriente produce un campo
magnético giratorio al circular por los devanados del estátor.
Este campo produce un par opuesto al de giro de la máquina, que es necesario
contrarrestar mediante la aportación exterior de potencia mecánica.
A este efecto creado por el
campo del estátor se le
conoce con el nombre de
“reacción de inducido”.
U
U
U
I
I
I
RI
RI
RI
jXs
jXs
jXs
E
E
E
Carga resistiva
Carga Inductiva
Carga capacitiva
U
U
U
I
I
I
RI
RI
RI
jXs
jXs
jXs
E
E
E
Carga resistiva
Carga Inductiva
Carga capacitiva
Para una misma tensión de salida el
generador puede ceder o absorber potencia
reactiva dependiendo de que la carga sea
inductiva o capacitiva
Para conseguirlo basta modificar el valor de la E
(modificando el campo de excitación)
Carga
j Xs Rs
E
I
+
V
Inducido-estator
0V)X·jR(·IE ss =−+−
I·U·3I·V·3S ==
7.3.1.6 Funcionamiento en carga. Reacción de inducido.
7.3.1.6 Funcionamiento en carga. Régimen aislado.
El generador alimenta a una
carga de forma independiente
Funcionamiento
aislado
La tensión de
alimentación
puede variar
El factor de
potencia de la
carga es fijo
Aumento en la
excitación
Aumento en la
tensión de
salida
Aumento en
potencia
mecánica
Aumento en la
velocidad de
giro
Aumento en la
frecuencia
7.3.1.6 Funcionamiento en carga
Funcionamiento en una red de potencia infinita
El generador está conectado a otra red
en la que actúan otros generadores: su
potencia es muy pequeña respecto de la
total de la red
CONEXIÓN A RED
DE POTENCIA
INFINITA
La tensión de
alimentación
ESTÁ FIJADA
POR LA RED
La frecuencia
ESTÁ FIJADA
POR LA RED
Aumento en la
excitación
Aumento en la
POTENCIA
REACTIVA
ENTREGADA
Aumento en
potencia
mecánica
Aumento de la
POTENCIA
ACTIVA
ENTREGADA
7.3.2 Máquina de Corriente Continua
• Aspectos constructivos
• Principio de funcionamiento
• F.E.M. inducida
• Par electromagnético
• Sistemas de excitación
• Reacción de inducido
• Conmutación
• Funcionamiento generador
• Funcionamiento motor
7.3 Otros tipos de Motores
7.3.2.0 Introducción.
TIPOS DE MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE
ALTERNA
GIRATORIAS
ASÍNCRONA
ALTERNADOR
MOTOR
MOTOR
GENERADOR
ESTÁTICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE CONTINUA
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
DE CORRIENTE CONTINUA
GENERADOR
MOTOR
TRANSFORMADOR
SÍNCRONA
7.3.2.1 Aspectos Constructivos
Circuito
Magnético
Estátor: macizo o de chapa
magnética (total-parcialmente)
Rótor: chapa magnética de acero al
silicio apiladas y eléctricamente
aisladas unas de otras
Entrehierro
Paq. Mag. Estátor
Cilíndrico hueco
con piezas radiales
Rótor
Paquete magnético
cilíndrico
Polos
(inductores)
salientes
Ranuras
en la superficie
externa
Estructura
mecánica
Estátor: Parte fija
Rótor: Parte giratoria
Cilindro que puede girar sobre su eje (rótor)
en el interior de otro cilindro hueco fijo (estátor)
Circuito
Eléctrico
Estátor
Inductor
Creación
del campo B
Rótor
Inducido
Asiento de las
FF.E.MM. inducidas
Espiras de hilo o
pletina de cobre
arrolladas sobre los
polos inductores
Espiras de hilo o
pletina de cobre
conectadas entre si
y a las delgas
Alimentación con
corriente continua
Colector de delgas y escobillas
Rectificador mecánico
que convierte las FF.E.MM.
alternas inducidas en las
espiras en C.C. en las escobillas
1. Yugo o culata
2. Núcleo del polo inductor
3. Expansión polar
4. Núcleo del polo auxiliar o de
conmutación
5. Extremo del polo auxiliar o
de conmutación
6. Paquete magnético del rótor
7. Arrollamiento del inducido
8. Arrollamiento inductor o de
excitación
9. Devanado de conmutación
10.Colector de delgas
11. - 12. Escobillas
11
22 33
44
66
77
55
88
99
1010
1111
1212
©© M. F.M. F. CabanasCabanas::
TTéécnicas para elcnicas para el
mantenimiento ymantenimiento y
diagndiagnóóstico destico de
mmááquinas elquinas elééctricasctricas
rotativasrotativas
7.3.2.1 Aspectos Constructivos
FotografFotografíía realizada en los talleres de ABBa realizada en los talleres de ABB ServiceService GijGijóónn
Motor de C.C. de 6 MW fabricado por ABB
Motor de C.C. para
aplicaciones
de robótica
Pequeños motores de C.C.
de imán permanente
7.3.2.1 Aspectos Constructivos
7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Motor
@Manés Fernández
N S
Imanes
Permanentes
Corriente que se hace
circular por la espira
Espira
Campo
Magnético
Escobillas
FUERZA QUE TIENDE A HACER
GIRAR A LA ESPIRA: PAR MOTOR
Si se hace circular una intensidad por una bobina inmersa en un campo
magnético, ésta sufre un par motor que tiende a alinear ambos campos
magnéticos, el propio de la bobina y el externo.
7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Generador
N NS S
Escobillas Anillos
rozantes
Osciloscopio
Instrumento de medida
La F.E.M. que se induce en la espira es alternativa (variable con el tiempo).
La FEM que se obtiene a la salida de la máquina (escobillas) es la misma que se
induce en la espira (alternativa y variable en el tiempo), debido a la conexión
entre los extremos de la espira y las escobillas, a través de los anillos.
©© M. F.M. F. CabanasCabanas::
TTéécnicas para elcnicas para el
mantenimiento ymantenimiento y
diagndiagnóóstico destico de
mmááquinas elquinas elééctricasctricas
rotativasrotativas
Fuerza externa que
hace girar la espira
Imanes o electroimanes alimentados con C.C.
para la creación del campo magnético
Con la máquina girando a una
cierta velocidad V, la F.E.M.
que se induce en la espira es
alterna: cambia de signo cada
vez que se pasa por debajo
de cada polo.
El colector es un dispositivo
que rectifica la F.E.M. para
obtener una tensión continua
(unidireccional) y positiva (sin
cambios de polaridad)
0 π 2π
2BlV
-2BlV
E N S
Polos inductores
de la máquina
0 π 2π
2BlV
E N S
0 π 2π
2BlV
E N S
Colector elemental (2 delgas)
0 π 2π
2BlV
E N S
0 π 2π
2BlV
E N S
Colector real (muchas delgas)
VlBE ⋅⋅⋅= 2
7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Generador
0+- + +- +
12
1
2
21
Sentido de rotación
de la espira
Colector de dos
delgas
Instante Inicial Conmutación Inversión de la polaridad
©© M. F.M. F.
CabanasCabanas::
TTéécnicascnicas
para elpara el
mantenimimantenimi
ento yento y
diagndiagnóósticostico
dede
mmááquinasquinas
elelééctricasctricas
rotativasrotativas
Escobillas
Colector
Colector
real
©© M. F.M. F.
CabanasCabanas::
TTéécnicas paracnicas para
elel
mantenimientmantenimient
o yo y
diagndiagnóósticostico
de mde mááquinasquinas
elelééctricasctricas
rotativasrotativas
7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Generador
• El campo magnético de la máquina de CC puede obtenerse de dos formas,
mediante:
– Imanes permanentes
– Electroimanes, bobinas alimentadas con CC (caso habitual):
• Según la fuente de alimentación de las bobinas se tienen dos tipos de
excitación:
– Excitación independiente (o separada): la corriente que alimenta al devanado
inductor procede de una fuente, independiente, externa.
– Autoexcitación: la corriente de excitación procede de la propia máquina. Según
la forma de obtener esta corriente existen tres tipos diferentes de MM. de C.C.:
• Excitación serie: devanado inductor en serie con el inducido
• Excitación derivación: devanado inductor conectado directamente a las
escobillas, por tanto, en paralelo con el inducido.
• Excitación compuesta o mixta: una bobina en serie y la otra en derivación.
7.3.2.3 Sistemas de excitación
Ri
LexUex E Ui
InducidoInductor
Resistencia del
inducido
Tensión
excitación
FEM
Inducida
Rex
Resistencia
del inductor
Motor de excitación independiente
Ri
Lex
UexE Ui
Inducido Inductor
Resistencia del inducido
Rex
Motor de
excitación
derivación
Ri LexRex
E Ui
Inducido
Inductor
Resistencia del
inducido
Motor de
excitación
serie
7.3.2.3 Sistemas de excitación
Ri Lex1
E Ui
Inducido
Inductor 1
Resistencia
del inducido
Inductor 2
Rex1
Rex2
Lex2
Motor de excitación
compuesta larga
Ri
E Ui
Inducido
Inductor 1
Resistencia del
inducido Inductor 2
Lex2Rex2
Rex1
Lex1 Motor de excitación
compuesta corta
7.3.2.3 Sistemas de excitación
7.3.2.4 Reacción de inducido
π
2BlV
-2BlV
E N S
FEM con reacción
de inducido
0 2π
Al circular corriente por
el inducido se va a crear
un campo que
distorsiona el campo
creado por los polos
inductores de la máquina
Esta distorsión del
campo recibe el nombre
de reacción de inducido
Efectos
producidos por
la reacción de
inducido
Desplazamiento de la “plano o línea neutra” (plano en el
que se anula el campo
Disminución del valor global del campo de la máquina
Desplazamiento de
la línea neutra
7.3.2.5 Conmutación
©© MulukutlaMulukutla S.S.
SarmaSarma:: ElectricElectric
machinesmachines
Reducción de par y aumento
de velocidad
Desplazamiento
de la “plano o
línea neutra”
POLOS DE
CONMUTACIÓN
Los polos auxiliares de conmutación compensan localmente
la reacción de inducido y mejoran la conmutación
Disminución del
valor global del
campo de la
máquina
Problemas durante la
conmutación
7.3.2.6 Funcionamiento generador
Generador de excitación independiente
Ri
LexUex E Ui
InducidoInductor
FEM
Inducida
IexRex
Se hace girar el inducido y se alimenta
el inductor. La tensión de excitación
controla la FEM (E) y, por tanto, la
tensión de salida Ui
La tensión de salida crece
proporcionalmente con la velocidad de
giro n
La relación entre la corriente de excitación y la FEM inducida no es
lineal: existe saturación
ϕ⋅⋅= nKE ϕ⋅⋅= nKE
IKTTOTAL ⋅ϕ⋅= IKTTOTAL ⋅ϕ⋅=
I = Corriente de inducido
iii IREU ⋅−= iii IREU ⋅−=
7.3.2.7 Funcionamiento motor
Ri
LexUex E Ui
InducidoInductor
Resistencia del
inducido
Tensión
excitación
FEM
Inducida
Rex
Resistencia
del inductor
Motor de exc. independiente
i
i
R
'KK
T
K
U
n ⋅
⋅⋅
−
⋅
= 2
ϕϕ
i
i
R
'KK
T
K
U
n ⋅
⋅⋅
−
⋅
= 2
ϕϕEcuación del motor
derivación e
independiente
iii IREU ⋅−= iii IREU ⋅−=
Se alimentan el inducido y el inductor
con cc. La circulación de intensidad por
el inducido (rotor) dentro de un campo
magnético constante provoca un par de
fuerzas que hace girar al rotor.
La velocidad alcanzada dependerá de
las tensiones de excitación e inducido,
los parámetros de la máquina y del par
accionado.
Característica dura
nnn
TTT
Pendiente 2 – 8%Pendiente 2 – 8%
Aumento de Ri
Aumento de Ri
Curva par-velocidad de los
motores de excitación
independiente y derivación
7.5 Motores monofásicos
• Introducción
• Principio de funcionamiento:
• Motor de fase partida
• Motor de espira de sombra
Los motores monofásicos de inducción se utilizan,
principalmente, en los electrodomésticos y máquinas herramienta.
Los motores monofásicos de inducción se utilizan,
principalmente, en los electrodomésticos y máquinas herramienta.
Su diseño es muy parecido al de los trifasicos.Su diseño es muy parecido al de los trifasicos.
El rótor es en jaula
de ardilla.
El rótor es en jaula
de ardilla.
El devanado
principal
El devanado
principal
El devanado estatórico está
formado por dos conjuntos
de bobinas
El devanado estatórico está
formado por dos conjuntos
de bobinas
El auxiliar, despalzado
90º, y alojado en las
ranuras del paquete
magnético estatórico.
El auxiliar, despalzado
90º, y alojado en las
ranuras del paquete
magnético estatórico.
7.5.1 Introducción
Devanado
auxiliar
Devanado
principal
Motor
Monofásico
Estator
Rótor
Devanado principal
alimentado con tensión monofásica
Espiras en cortocircuito
Tensión alterna
monofásica
Campo variable de
dirección fija
Corrientes y FEM
inducida en el rotor
Ley de Biot
y Savart
Interacción i-B
Fuerza sobre las
espiras del rotor que
se cancelan
El rotor
NO gira
7.5.2 Principio de funcionamiento
Ley de Faraday
Necesita impulso
exterior para
empezar a girar
cerca del
sincronismo
7.5.2 Principio de funcionamiento
Par de arranque
Rotación
Devanado
auxiliar
Devanado
principal
Fuente
C.A.
Para producir par en el arranque es necesario crear un campo
magnético rotativo. Esto puede lograrse mediante el devanado auxiliar.
Para producir par en el arranque es necesario crear un campo
magnético rotativo. Esto puede lograrse mediante el devanado auxiliar.
Al alimentar ambos devanados,
desplazados y desfasados 90º, se
generan flujos ortogonales.
Al alimentar ambos devanados,
desplazados y desfasados 90º, se
generan flujos ortogonales.
Campo magnético rotativoCampo magnético rotativo
Devanado auxiliar se desconecta al
alcanzar el 75% de la velocidad de
sincronismo mediante interruptor
centrífugo
Devanado auxiliar se desconecta al
alcanzar el 75% de la velocidad de
sincronismo mediante interruptor
centrífugo
Par de arranquePar de arranque
7.5.2 Principio de funcionamiento
Motor de fase partida
Interruptor
centrífugo
Devanado auxiliar
Hilo fino
Devanado principal
Hilo grueso
Interruptor
centrífugo
Devanado auxiliar
Hilo fino
Devanado principal
Hilo grueso
Condensador
Devanado principal con
muchas espiras gruesas.
Devanado principal con
muchas espiras gruesas. Muy inductivaMuy inductiva
Mejora: Condensador en serie con el circuito auxiliar.
Acerca el desfase entre las intensidades a la condición
ideal de cuadratura: máximo valor de par de arranque.
Mejora: Condensador en serie con el circuito auxiliar.
Acerca el desfase entre las intensidades a la condición
ideal de cuadratura: máximo valor de par de arranque.
Desfase relativo
entre ambas
intensidades
Desfase relativo
entre ambas
intensidadesDevanado auxiliar con
pocas espiras delgadas.
Devanado auxiliar con
pocas espiras delgadas. Poco inductivaPoco inductiva
Campo giratorio
y por tanto
Par de arranque
Campo giratorio
y por tanto
Par de arranque
7.5.2 Principio de funcionamiento
Motor de espira de sombra
Fuente
C.A.
Anillo de cobre
Devanado auxiliar
Devanado principal
Rotación
Los motores monofásicos de espira de
sombra son muy utilizados en aparatos de
pequeña potencia debido a su simple
ejecución.
Los motores monofásicos de espira de
sombra son muy utilizados en aparatos de
pequeña potencia debido a su simple
ejecución.
El devanado auxiliar consiste en una única
espira de cobre que rodea una porción de
cada polo.
El devanado auxiliar consiste en una única
espira de cobre que rodea una porción de
cada polo.
El flujo principal induce otro campo
pulsante en las espiras auxiliares. La acción
combinada de ambos da lugar a un débil
campo giratorio que arranca el motor.
El flujo principal induce otro campo
pulsante en las espiras auxiliares. La acción
combinada de ambos da lugar a un débil
campo giratorio que arranca el motor.
7.4 Selección de un motor.
7.4.1 Grado de protección.
7.4.2 Formas constructivas.
7.4.3 Tipos de servicio.
7.4.4 Selección de un motor de Inducción.
• El grado de protección de la carcasa de un motor frente
a la penetración de sólidos y agua se indica mediante la
designación IP seguida de dos dígitos
• IP xy
– IP (International Protection)
– x (0-6) Protección contra contacto
y penetración de sólidos
– y (0-8) Protección contra
penetración de agua
7.4.1 Grado de Protección de un Motor. UNE-20324.
7.4.1 Grado de Protección de un Motor. UNE-20324.
1ª Cifra
2ª Cifra
• Las formas constructivas hacen referencia a la
disposición del eje del motor a la superficie de anclaje
y se indica mediante la designación IM seguida de
una letra y un número
• IM xy
– IM (International Mounting)
– x (B,V) Eje horizontal o vertical
– y (número de uno o dos dígitos)
7.4.2 Formas Constructivas. IEC 60034-7.
IM B 3
→ Disposición y montaje del motor.
7.4.2 Formas Constructivas. IEC 60034-7.
→ Disposición y montaje del motor.
7.4.3 Tipos de servicio
S1: Servicio continuo
Servicio con carga constante cuya duración es
suficiente para estabilizar la temperatura de la máquina.
Denominación:
Indicación de la potencia.
S2: Servicio de breve duración
Servicio con carga constante pero cuya duración no es
suficiente para estabilizar la temperatura, seguido de una
pausa lo suficientemente prolongada para que la
temperatura del motor no difiera en más de 2 K de la del
medio refrigerante.
Denominación:
Mediante la duración del servicio y la potencia; por
ejemplo, S2: 20 min., 15 kW.
S3: Servicio intermitente sin influencia del proceso de
arranque
Servicio que se compone de una sucesión de maniobras iguales,
formadas por un período de carga constante seguido de una
pausa, sin que la intensidad de arranque influya apreciablemente
en el calentamiento.
Denominación:
Mediante el tiempo de conexión, duración de la maniobra y
potencia. Por ejemplo, S3: 15 min/60 min, 20 kW; o por duración
relativa del período de conexión tr en tanto por ciento y duración de
la maniobra. Por ejemplo, S3: 25 %, 60 min., 20 kW. La indicación
de la duración de la maniobra puede suprimirse cuando es de 10
minutos.
S4: Servicio intermitente con influencia del proceso de
arranque
Servicio que se compone de una sucesión de maniobras iguales,
que comprenden un tiempo de arranque apreciable, un tiempo con
carga constante y una pausa.
Denominación:
Mediante la duración relatíva de conexión en tanto por ciento,
número de arranques por hora y potencia. Por ejemplo, 84: 40 %,
520 arranques, 30 kW. Adicionalmente se indicará el momento de
inercia y el par resistente durante el arranque.
7.4.3 Tipos de servicio
7.4.4 Selección de un motor de inducción.
Seleccionar carcasa y
nivel de protección (IP)
Seleccionar potencia en función
de la potencia necesaria para
arrastra la carga
Seleccionar velocidad (p) en
función velocidad carga
Seleccionar forma normalizada
de montaje (IM) en función de
la ubicación
Seleccionar clase de
aislamiento en función de la
temperatura esperada y
ambiente de trabajo
Seleccionar característica
mecánica en función de par de
arranque y resistente de la
carga
ABB – “Guide for selecting a motor”
Bombas centrífugas
Compresores centrífugos
Ventiladores y soplantes
Centrifugadoras
TR=K· n2
Prensas
Máquinas herramientas
TR=K· n
Máquinas elevación
Cintas transportadoras
Machacadoras y trituradoras
Compresores y bombas de pistones
TR=K
Bobinadoras
Máquinas fabricación
chapa
TR=K· n-1
TR=K
TR=K· n2
n
TR
TR=K· n
→ Tipos de cargas mecánicas. Par resistente.
TR=K· n-1
7.4.4 Selección de un motor de inducción.
Clasificación NEMA según el tipo de rotor
Clase BClase BClase B
Clase AClase AClase A
Clase CClase CClase C
Clase DClase DClase D
T/T/TnomTnom
SS
1,51,5
22
2,52,5
33
Par de arranque bajo
Par nominal con S<5%
Corriente arranque elevada 5 – 8
In
Rendimiento alto
Uso en bombas, ventiladores,
máquina herramienta, etc, hasta
5,5 kW
Para potencias > 5,5 kW se usan
sistemas de arranque para limitar
la corriente
MOTOR CLASE AMOTOR CLASE A
7.4.4 Selección de un motor de inducción.
http://www.lafert.com/products/pdf/2.1%20s%202004.pdf
→ Datos de catálogo.
7.4.4 Selección de un motor de inducción.

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Cade simu
Cade simuCade simu
Cade simuRamixf
 
Motores electricos presentacion
Motores electricos presentacionMotores electricos presentacion
Motores electricos presentacionGustavo A'ngel
 
Maquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de Loja
Maquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de LojaMaquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de Loja
Maquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de LojaUniversidad Nacional de Loja
 
Cuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricos
Cuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricosCuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricos
Cuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricosMarvin Daniel Arley Castro
 
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)Edgar Francisco Lozado Campoverde
 
Generador en paralelo
Generador en paraleloGenerador en paralelo
Generador en paraleloEdgar Lliguin
 
Partes de la máquina síncrona
Partes de la máquina síncronaPartes de la máquina síncrona
Partes de la máquina síncronaLuis Zhunio
 
Cuaderno 2 Neumática
Cuaderno 2 NeumáticaCuaderno 2 Neumática
Cuaderno 2 Neumáticaandogon
 
Esquema del motor de cc
Esquema del motor de ccEsquema del motor de cc
Esquema del motor de ccmaurovilema
 
cascada electroneumatica
cascada electroneumaticacascada electroneumatica
cascada electroneumaticaDimas Rumay
 
Generador eléctrico
Generador eléctricoGenerador eléctrico
Generador eléctricoEsnielLucena
 

La actualidad más candente (20)

Motores Eléctricos
Motores EléctricosMotores Eléctricos
Motores Eléctricos
 
Cade simu
Cade simuCade simu
Cade simu
 
Alternador propiedades
Alternador propiedadesAlternador propiedades
Alternador propiedades
 
Motores electricos presentacion
Motores electricos presentacionMotores electricos presentacion
Motores electricos presentacion
 
Maquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de Loja
Maquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de LojaMaquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de Loja
Maquinas Eléctricas sincronas o sincrónicas - Universidad Nacional de Loja
 
Cuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricos
Cuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricosCuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricos
Cuadro comparativo de las caracteristicas de los motores electricos
 
Potencia eléctrica monofásica
Potencia eléctrica monofásicaPotencia eléctrica monofásica
Potencia eléctrica monofásica
 
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
 
Motores sincronos
Motores sincronosMotores sincronos
Motores sincronos
 
Generador en paralelo
Generador en paraleloGenerador en paralelo
Generador en paralelo
 
Ejercicios resueltos-motores cc en serie
Ejercicios resueltos-motores cc en serieEjercicios resueltos-motores cc en serie
Ejercicios resueltos-motores cc en serie
 
Partes de la máquina síncrona
Partes de la máquina síncronaPartes de la máquina síncrona
Partes de la máquina síncrona
 
Motores sincronos
Motores sincronosMotores sincronos
Motores sincronos
 
Bobinado del motor trifasico
Bobinado del motor trifasicoBobinado del motor trifasico
Bobinado del motor trifasico
 
Cuaderno 2 Neumática
Cuaderno 2 NeumáticaCuaderno 2 Neumática
Cuaderno 2 Neumática
 
Esquema del motor de cc
Esquema del motor de ccEsquema del motor de cc
Esquema del motor de cc
 
Transformadores Parte III
Transformadores Parte IIITransformadores Parte III
Transformadores Parte III
 
cascada electroneumatica
cascada electroneumaticacascada electroneumatica
cascada electroneumatica
 
Generadores sincronos
Generadores sincronosGeneradores sincronos
Generadores sincronos
 
Generador eléctrico
Generador eléctricoGenerador eléctrico
Generador eléctrico
 

Destacado

Máquinas eléctricas rotatorias
Máquinas eléctricas rotatoriasMáquinas eléctricas rotatorias
Máquinas eléctricas rotatoriasAlvaro Navarro
 
La Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel Gámez
La Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel GámezLa Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel Gámez
La Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel GámezAntonio J. Falótico C.
 
20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno
20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno
20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-buenoRoberto Ortega
 
Presentacion Normal
Presentacion NormalPresentacion Normal
Presentacion Normalmiluzstella
 
Medición y Aplicación del Ambiente Térmico
Medición y Aplicación del Ambiente TérmicoMedición y Aplicación del Ambiente Térmico
Medición y Aplicación del Ambiente TérmicoAntonio J. Falótico C.
 
Sistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo Diluvio
Sistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo DiluvioSistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo Diluvio
Sistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo DiluvioAntonio J. Falótico C.
 
Importancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud Laboral
Importancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud LaboralImportancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud Laboral
Importancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud LaboralAntonio J. Falótico C.
 
Mapa mental BD
Mapa mental BDMapa mental BD
Mapa mental BDald32
 
Teoría general del torno
Teoría general del tornoTeoría general del torno
Teoría general del tornoRICARDO GUEVARA
 
Clase Ii 2do Bi
Clase Ii   2do BiClase Ii   2do Bi
Clase Ii 2do Bilaraditzel
 
COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...
COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...
COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...Antonio J. Falótico C.
 
Oscilaciones forzadas y Resonancia
Oscilaciones forzadas y ResonanciaOscilaciones forzadas y Resonancia
Oscilaciones forzadas y ResonanciaYuri Milachay
 
EL TORNO PARALELO
EL TORNO PARALELOEL TORNO PARALELO
EL TORNO PARALELODeco Jscz
 
Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonancia
Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonanciaOscilaciones amortiguadas, forzadas y resonancia
Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonanciaYuri Milachay
 
Presentación tornos
Presentación tornosPresentación tornos
Presentación tornosjmariomunoz
 
Diapositivas De Tornos
Diapositivas De TornosDiapositivas De Tornos
Diapositivas De Tornoshomersan
 

Destacado (20)

Máquinas eléctricas rotatorias
Máquinas eléctricas rotatoriasMáquinas eléctricas rotatorias
Máquinas eléctricas rotatorias
 
La Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel Gámez
La Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel GámezLa Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel Gámez
La Comunicación de los Líderes y sus 12 Secretos Angel Gámez
 
Vibraciones mecanicas
Vibraciones mecanicasVibraciones mecanicas
Vibraciones mecanicas
 
20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno
20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno
20603986 elementos-de-maquinas-y-vibraciones-muy-bueno
 
Presentacion Normal
Presentacion NormalPresentacion Normal
Presentacion Normal
 
Medición y Aplicación del Ambiente Térmico
Medición y Aplicación del Ambiente TérmicoMedición y Aplicación del Ambiente Térmico
Medición y Aplicación del Ambiente Térmico
 
Sistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo Diluvio
Sistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo DiluvioSistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo Diluvio
Sistema de Extincion de Incendio a base de Agua Tipo Diluvio
 
Importancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud Laboral
Importancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud LaboralImportancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud Laboral
Importancia del Marco Jurídico en la Gestión de Seguridad y Salud Laboral
 
torno-paralelo
torno-paralelotorno-paralelo
torno-paralelo
 
Mapa mental BD
Mapa mental BDMapa mental BD
Mapa mental BD
 
Teoría general del torno
Teoría general del tornoTeoría general del torno
Teoría general del torno
 
Clase Ii 2do Bi
Clase Ii   2do BiClase Ii   2do Bi
Clase Ii 2do Bi
 
COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...
COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...
COVENIN 2254 95 Calor y Frío límites máximos permisibles de exposición en lug...
 
Oscilaciones forzadas y Resonancia
Oscilaciones forzadas y ResonanciaOscilaciones forzadas y Resonancia
Oscilaciones forzadas y Resonancia
 
EL TORNO PARALELO
EL TORNO PARALELOEL TORNO PARALELO
EL TORNO PARALELO
 
Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonancia
Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonanciaOscilaciones amortiguadas, forzadas y resonancia
Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonancia
 
Instrumentos Medición de Temperatura
Instrumentos Medición de TemperaturaInstrumentos Medición de Temperatura
Instrumentos Medición de Temperatura
 
Presentación tornos
Presentación tornosPresentación tornos
Presentación tornos
 
El Torno
El TornoEl Torno
El Torno
 
Diapositivas De Tornos
Diapositivas De TornosDiapositivas De Tornos
Diapositivas De Tornos
 

Similar a Máquinas Eléctricas Rotativas (20)

MAQUINAS-ELECTRICAS.ppt
MAQUINAS-ELECTRICAS.pptMAQUINAS-ELECTRICAS.ppt
MAQUINAS-ELECTRICAS.ppt
 
Expo.pptx motores
Expo.pptx motoresExpo.pptx motores
Expo.pptx motores
 
Motores de-ca-asincronos
Motores de-ca-asincronosMotores de-ca-asincronos
Motores de-ca-asincronos
 
Motores de-cc
Motores de-ccMotores de-cc
Motores de-cc
 
2do examen de circuitos
2do examen de circuitos2do examen de circuitos
2do examen de circuitos
 
MOTOR ...pptx
MOTOR  ...pptxMOTOR  ...pptx
MOTOR ...pptx
 
002 CIRC EQUIV MÁQ SINCRO.pptx
002 CIRC EQUIV MÁQ SINCRO.pptx002 CIRC EQUIV MÁQ SINCRO.pptx
002 CIRC EQUIV MÁQ SINCRO.pptx
 
Motores electricos
Motores electricosMotores electricos
Motores electricos
 
Motores Corriente Alterna
Motores Corriente AlternaMotores Corriente Alterna
Motores Corriente Alterna
 
Arranque de maquinas electricas
Arranque de maquinas electricasArranque de maquinas electricas
Arranque de maquinas electricas
 
4. oliveros donohue javier
4. oliveros donohue javier4. oliveros donohue javier
4. oliveros donohue javier
 
Teoria_basica_de_la_Maquina_Sincrona_ppt.pptx
Teoria_basica_de_la_Maquina_Sincrona_ppt.pptxTeoria_basica_de_la_Maquina_Sincrona_ppt.pptx
Teoria_basica_de_la_Maquina_Sincrona_ppt.pptx
 
Motores sincronos
Motores sincronosMotores sincronos
Motores sincronos
 
Extraclase mante preguntas y respuestas
Extraclase mante preguntas y respuestasExtraclase mante preguntas y respuestas
Extraclase mante preguntas y respuestas
 
Generadores sincronos
Generadores sincronosGeneradores sincronos
Generadores sincronos
 
Generadores sincronos
Generadores sincronosGeneradores sincronos
Generadores sincronos
 
MOTORES ELECTRICOS.pdf
MOTORES ELECTRICOS.pdfMOTORES ELECTRICOS.pdf
MOTORES ELECTRICOS.pdf
 
motores electricos.pdf
motores electricos.pdfmotores electricos.pdf
motores electricos.pdf
 
Motores electricos
Motores electricosMotores electricos
Motores electricos
 
8448173104
84481731048448173104
8448173104
 

Más de David López

Resumen Fully Renewable Led Zebra Crossing
Resumen Fully Renewable Led Zebra CrossingResumen Fully Renewable Led Zebra Crossing
Resumen Fully Renewable Led Zebra CrossingDavid López
 
Thyristor theory and design considerations
Thyristor theory and design considerationsThyristor theory and design considerations
Thyristor theory and design considerationsDavid López
 
Modelo del amplificador operacional real
Modelo del amplificador operacional realModelo del amplificador operacional real
Modelo del amplificador operacional realDavid López
 
Introducción PSIM
Introducción PSIMIntroducción PSIM
Introducción PSIMDavid López
 

Más de David López (6)

Resumen Fully Renewable Led Zebra Crossing
Resumen Fully Renewable Led Zebra CrossingResumen Fully Renewable Led Zebra Crossing
Resumen Fully Renewable Led Zebra Crossing
 
Thyristor theory and design considerations
Thyristor theory and design considerationsThyristor theory and design considerations
Thyristor theory and design considerations
 
PIC 16F87XA
PIC 16F87XAPIC 16F87XA
PIC 16F87XA
 
El PIC16F84
El PIC16F84El PIC16F84
El PIC16F84
 
Modelo del amplificador operacional real
Modelo del amplificador operacional realModelo del amplificador operacional real
Modelo del amplificador operacional real
 
Introducción PSIM
Introducción PSIMIntroducción PSIM
Introducción PSIM
 

Máquinas Eléctricas Rotativas

  • 1. 7. Máquinas Eléctricas Rotativas 7.1 Introducción. Generalidades 7.2 Motores de inducción 7.3 Otros tipos de motores 7.3.1 Máquina Síncrona 7.3.2 Motores de corriente continua 7.3.3 Motores monofásicos 7.4 Selección de un Motor 7.4.1 Grado de protección de un motor y formas constructivas 7.4.2 Tipos de servicio Motor de Inducción o Asíncrono Motor Síncrono Motor de Corriente Continua Motor Monofásico
  • 2. Sistema Eléctrico Sistema Mecánico Máquina Eléctrica Generador: Peléctrica Pmecánica Motor: Peléctrica Pmecánica Máquinas eléctricas • Estáticas: Transformadores • Rotativas: • Motores • Generadores Sistema Eléctrico - A (Tensión 1) Transformador Sistema Eléctrico - B (Tensión 2) 7.1 Introducción: Generalidades Una máquina eléctrica rotativa es una máquina reversible Motor Generador Transformación Energía eléctrica-Energía eléctrica Transformación Energía eléctrica-Energía mecánica
  • 3. → Principio de funcionamiento como GENERADOR. Campo magnético externo de valor constante que es visto por una espira (bobina) como variable al estar ésta en movimiento. Se induce, por tanto, una fuerza electromotriz o potencial en los extremos de la bobina N S Imanes Permanentes Escobillas Fuerza Electromotriz inducida en la espira por el campo Fuerza externa que hace girar a la espira Espira Campo Magnético + 7.1 Introducción: Generalidades
  • 4. Si se hace circular una intensidad por una bobina inmersa en un campo magnético, ésta sufre un par motor que tiende a alinear ambos campos magnéticos, el propio de la bobina y el externo. @Manés Fernández N S Imanes Permanentes Corriente que se hace circular por la espira Espira Campo Magnético Escobillas FUERZA QUE TIENDE A HACER GIRAR A LA ESPIRA: PAR MOTOR → Principio de funcionamiento como MOTOR. 7.1 Introducción: Generalidades
  • 5. → Estructura básica de una máquina eléctrica rotativa. Rotor: Pieza cilíndrica montada sobre el eje móvil. Estátor: Pieza cilíndrica hueca que envuelve al rotor y está separada de éste por el entrehierro. De forma general se puede afirmar que: # Tanto el estátor como el rotor alojan bobinas (circuitos eléctricos). # Existen dos circuitos eléctricos concatenados por un circuito magnético. EJE (Acoplamiento mecánico) 7.1 Introducción: Generalidades Rotor Estator Flujo Magnético
  • 6. → Clasificación de las máquinas eléctricas rotativas. • Máquinas síncronas: Alternador - Intensidad continua inyectada en las bobinas del rotor. - Corriente alterna en las bobinas del estátor. • Máquinas de inducción: Motor - Corrientes alternas en las bobinas del estátor y/o del rotor. - Intensidades en el rotor inducidas por el estátor (Motor). • Máquinas de corriente continua: Ambos - Alimentadas en continua. ► Las máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna: Pueden ser monofásicas o trifásicas (síncronas y de inducción) 7.1 Introducción: Generalidades ► Distintas máquinas en función del método empleado para generar el campo magnético:
  • 7. mmP ωτ ⋅= ϕcos3 ⋅⋅⋅= LLe IVP (1) (2) (3) (4) Potencia eléctrica generada (trifásica) Potencia mecánica aplicada (W)VatiosEnP egundoradianes/sengirodeVelocidad metro)x(NewtonNmenmotorPar mω τ (1) Pérdidas mecánicas (rozamiento y ventilación) (2) Pérdidas en el cobre del rotor (calentamiento de conductores) (3) Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas) (4) Pérdidas en el cobre del estátor (calentamiento de conductores) Balance Energético→ Máquina eléctrica GENERADOR. eee Q·jPS += 7.1 Introducción: Generalidades
  • 8. (1) Pérdidas mecánicas (rozamiento y ventilación) (2) Pérdidas en el cobre del rotor (calentamiento de conductores) (3) Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas) (4) Pérdidas en el cobre del estátor (calentamiento de conductores) (4) (3) (2) (1) mmP ωτ ⋅= Potencia mecánica realizada ϕcos3 ⋅⋅⋅= LLe IVP Potencia eléctrica consumida (trifásica) (W)VatiosEnP egundoradianes/sengirodeVelocidad metro)x(NewtonNmenmotorPar mω τ eee Q·jPS += Balance Energético→ Máquina eléctrica MOTOR. 7.1 Introducción: Generalidades
  • 9. 7.2 Máquinas de inducción 7.2.1. Aspectos constructivos. 7.2.2. Principio de funcionamiento del motor de inducción trifásico. • Fundamentos Teóricos • Deslizamiento 7.2.3. Circuito equivalente. 7.2.4. Balance de potencias en el motor. 7.2.5. Característica par deslizamiento.
  • 10. 7.2.0 Introducción. TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE ALTERNA GIRATORIAS ASÍNCRONAASÍNCRONA SÍNCRONA ALTERNADOR MOTOR MOTOR GENERADOR ESTÁTICAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA GENERADOR MOTOR TRANSFORMADOR
  • 11. 7.2.1 Aspectos constructivos. Sección. Corte axial Corte en 3D
  • 12. 7.2.1 Aspectos constructivos. Rotor de jaula. Paquete magnético estatórico Cabezas de bobina Ranuras del estátor Ranuras del rótor Eje Anillo de cortocircuito Paquete magnético rotórico ● Su simplicidad y gran robustez son las ventajas más destacadas.
  • 13. Anillos rozantes Anillos rozantes ©© L. Serrano: Fundamentos deL. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas ©© L. Serrano: Fundamentos deL. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas Escobillas ● El circuito rotórico se cortocircuita exteriormente a través de unas escobillas (grafito) que frotan sobre los anillos rozantes. ● El inconveniente es su elevado mantenimiento. 7.2.1 Aspectos constructivos. Rotor bobinado. Anillos rozantes y escobillas {
  • 14. Circuito Eléctrico Arrollamiento trifásico Bobinas preformadas o devanado preformado Bobinas de hilo esmaltado o devanado aleatorio Estátor Circuito eléctrico estatórico Rotor Circuito eléctrico rotórico Arrollamiento (polifásico) en cortocircuito Jaula de ardilla Bobinado o Anillos rozantes Bobinas de cobre Anillos rozantes Aluminio fundido Barras soldadas Circuito Magnético Paquetes Magnéticos Chapa magnética de acero al silicio apiladas y eléctricamente aisladas unas de otras Entrehierro Estátor Paquete magnético Cilíndrico hueco Ranuras en la superficie interna Rotor Paquete magnético cilíndrico Ranuras en la superficie externa Estructura mecánica Estátor: Parte fija Rotor: Parte giratoria Cilindro que puede girar sobre su eje (rotor) en el interior de otro cilindro hueco fijo (estátor) 7.2.1 Aspectos constructivos. Desglose.
  • 15. Caja de terminales- bornes ( bobinas del estátor ) 7.2.1 Aspectos constructivos: Caja de bornes (estátor). V1 W1 W2 U2 V2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 Pletina de cobre Devanados del motor U1 V1 W1 W2 U2 V2 Caja de conexiones Conexión en estrella Conexión en triángulo U1 Bobinas del motor (estátor) {
  • 16. 7.2.1 Aspectos Constructivos: Placa de características Motor Conexión Trifásica Velocidad Nominal Potencia Nominal Tensión Nominal Intensidad Nominal Factor de Potencia Frecuencia Nominal
  • 17. 7.2.2 Principio de funcionamiento. Introducción. Energía eléctrica Energía eléctrica → EL TRANSFORMADOR. Convertidor electro-mecánico • Motor • Generador → LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN. Par Velocidad Energía eléctrica C A B
  • 18. Si se aplica un sistema trifásico de intensidades en 3 bobinas desfasadas entre sí 120°: )120cos(2)( )120cos(2)( )cos(2)( )120cos(2)( )120cos(2)( )cos(2)( ' ' ' ' ' ' °+⋅⋅= °−⋅⋅= ⋅⋅= °+⋅⋅= °−⋅⋅= ⋅⋅= tBtB tBtB tBtB tIti tIti tIti cc bb aa cc bb aa ω ω ω ω ω ω → Generación de campos magnéticos giratorios. Teorema de Ferraris Se inducen flujos magnéticos en cada bobina, perpendiculares al plano de la bobina respectiva y variables en el tiempo al igual que la intensidad que los producen. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos. El campo magnético resultante es constante en el tiempo y gira en el espacio a velocidad ω. Cambiando las intensidades de dos devanados entre sí cambia el sentido de giro
  • 19. El estátor de un motor de inducción está formado por tres devanados desplazados en el espacio 120º. En la figura se representa sólo una espira de cada uno de los devanados ( aa’, bb’, cc’ ) 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos. b a a’ b’ c c’ EstatorEstator Origen de ángulos RotorRotor Los tres devanados están alimentados mediante un sistema trifásico equilibrado de tensiones. Por tanto, las corrientes que circulan por las espiras son sinusoidales y están desfasadas 120º entre si)120cos(2)( )120cos(2)( )cos(2)( ' ' ' °+⋅⋅= °−⋅⋅= ⋅⋅= tIti tIti tIti cc bb aa ω ω ω
  • 20. • Aparece un campo magnético giratorio. Teorema de Ferraris. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos. )s/rad( T p ·2 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ π =Ω Ω1 = Velocidad de giro del campo estátorico. (2·π/p) = Distancia entre dos polos estátoricos consecutivos del mismo nombre y de la misma fase. T = Tiempo que se tarda en recorrer la distancia idem anterior. Viene impuesto por la frecuencia de la red de alimentación. p = Pares de polos.
  • 21. • El devanado rotorico está inmerso en un campo magnético giratorio. • Aparece un par motor en el rotor. - El campo magnético giratorio ( B ) induce fems en el devanado del rotor. - Éstas a su vez provocan la circulación de corrientes ( i ) en el devanado del rotor. F = Fuerza que se produce en los conductores del rotor. Su sentido es el de seguir al campo magnético giratorio del estátor. )BxL(·iF = i = Corriente que circula por los conductores del rotor. B = Campo magnético giratorio creado por las bobinas del estátor. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos. L i Magnitud dirección y sentido de la fuerza que se produce en los conductores del rotor. Estator Inductor Rotor Inducido
  • 22. Si, por ejemplo, aumentamos el número de polos magnéticos en el rotor, se puede conseguir que las bobinas del estátor “vean” un fujo giratorio de velocidad superior a la de giro del rotor. me P ωω ⋅= 2 Si P es el número de polos: Frecuencia eléctrica Velocidad de giro ► Para conseguir 50 Hz se requiere una velocidad de giro de: • 3000 rpm si tiene dos polos (un par de polos) • 1500 rpm si tiene cuatro polos (dos pares de polos) • 1000 rpm si tiene seis polos • 750 rpm si tiene ocho polos • 600 rpm si tiene diez polos → Relación entre frecuencia eléctrica y velocidad de giro. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos. Igual número de polos en rotor y estator
  • 23. Motor de inducción Estator Rótor Devanado trifásico simétrico (a 120º) alimentado con sistema trifásico equilibrado de tensiones (desfase de 120°) Espiras en cortocircuito Sistema trifásico equilibrado Devanado trifásico simétrico (a 120º) Campo giratorio Ω1 = 2πf/p Ley de Faraday Interacción v-B FEM inducida por el campo giratorio en los conductores del rotor Espiras en cortocircuito sometidas a tensión. Circulación de corriente por las espiras del rotor Ley de Biot y Savart Interacción i-B Fuerza sobre las espiras del rotor Par sobre el rotor El rotor gira 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Recapitulación.
  • 24. El rotor del motor de inducción, siempre que funciona accionando una carga, gira a velocidad Ωr inferior (pero próxima) a la de sincronismo (Ω1). Debido a que el rotor gira a una velocidad inferior (diferente) a la de sincronismo, su velocidad se denomina asíncrona y al motor se le nombra como asíncrono. Cuando funciona en vacío, el único par motor que debe desarrollar es el necesario para compensar las pérdidas (muy pequeño), por lo que gira a una velocidad muy próxima a la de sincronismo. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Deslizamiento. La velocidad Ω1 a la que gira el campo magnético creado por el estátor se denomina velocidad de sincronismo. Su valor constituye el límite al que pude girar el rotor cuando la máquina funciona como motor, ya que, en caso contrario, al no existir movimiento relativo entre los conductores del rotor y el campo, no se induciría F.E.M. (interacción v-B) en el devanado rotórico y, por tanto, tampoco habría par motor (interacción i-B).
  • 25. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Deslizamiento. Supuesto el rotor girando a una velocidad estable Ωr en el mismo sentido de giro ( Ω1) del campo creado por el estátor. • El rotor, respecto al estátor, se mueve a una velocidad de deslizamiento. Velocidad de deslizamiento: Ωdes = Ω1 - Ωr • Esa diferencia se denomina DESLIZAMIENTO ( s ó s%) cuando se expresa como una fracción de la velocidad sincrónica ( Ω1 ): s 1 r1 Ω Ω−Ω = 100·%s 1 r1 Ω Ω−Ω = Velocidad síncrona (rad/s) Velocidad del rotor (rad/s) ( p u ) { {( ) s·ys1· 1des1r Ω=Ω−Ω=Ω ( rad/s ) → Velocidad relativa.
  • 26. 7.2.2 Principio de Funcionamiento. Deslizamiento. → Intervalo de valores del deslizamiento ( régimen motor ). n nn s 1 r1 − = 100· n nn %s 1 r1 − = Deslizamiento : Los motores de inducción siempre funcionan con valores de deslizamiento muy bajos: s % < 5 % Los motores de inducción siempre funcionan con valores de deslizamiento muy bajos: s % < 5 % 100·%s 1 r1 Ω Ω−Ω =s 1 r1 Ω Ω−Ω = ( p u ) Rotor parado : ( p u ) nr = 0 s = 1 ó s% = 100% Rotor en vacío : nr ≈ n1 s ≈ 0 ó s% ≈ 0% Rotor en carga : 0 < nr < n1 1 > s > 0
  • 27. El circuito equivalente de una máquina de inducción es parecido al del transformador, con la diferencia de que el devanado estatórico es el primario y el rotorico es el secundario. El circuito equivalente de una máquina de inducción es parecido al del transformador, con la diferencia de que el devanado estatórico es el primario y el rotorico es el secundario. Además, el devanado secundario (rotorico) está cortocircuitado.Además, el devanado secundario (rotorico) está cortocircuitado. En la máquina real el valor de la resistencia del rotor NO depende de la velocidad de deslizamiento. En la máquina real el valor de la resistencia del rotor NO depende de la velocidad de deslizamiento. 7.2.3 Circuito equivalente. Analíticamente se deduce un CIRCUITO EQUIVALENTE con parámetros A ROTOR PARADO, en el que la RESISTENCIA que representa la del ROTOR es función del DESLIZAMIENTO. Analíticamente se deduce un CIRCUITO EQUIVALENTE con parámetros A ROTOR PARADO, en el que la RESISTENCIA que representa la del ROTOR es función del DESLIZAMIENTO. Los valores necesarios para obtener analíticamente los parámetros del circuito equivalente se obtienen de dos ensayos de laboratorio: Ensayo de vacío y ensayo de rotor bloqueado. Los valores necesarios para obtener analíticamente los parámetros del circuito equivalente se obtienen de dos ensayos de laboratorio: Ensayo de vacío y ensayo de rotor bloqueado.
  • 28. Tensión de fase (Estator) Resistencia cobre rotor Reactancia dispersión rotor Resistencia potencia mecánica entregada Resistencia cobre estator Reactancia dispersión estator Reactancia magnetizante Resistencia pérdidas hierro Corriente de vacío Xs Rs U1 I1 XR ’ IR ’ Xμ Rfe IfeIμ I0 RR ’ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − ⋅ S S 'RR 1 7.2.3 Circuito equivalente referido a rotor parado El circuito equivalente se plantea por fase y con conexión en estrella. Los elementos del circuito con una ’ están referidos al estator: rt = Ne / Nr
  • 29. Pérdidas estator Pérdidas rotorPotencia eléctrica de entrada P1 Pcu1 pfe1 Pfe2=0 Pcu2 Pa Potencia de entre hierro Pmi Pm Potencia útil Pu 7.2.4 Balance de potencias Potencia mecánica interna Pérdidas mecánicas
  • 30. Pm Pérdidas mecánicas (rozamiento y ventilación) Pcu2 Pérdidas en el cobre del rotor (calentamiento de conductores) PFe Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas) Pcu1 Pérdidas en el cobre del estátor (calentamiento de conductores) Potencia mecánica realizada Potencia eléctrica consumida (trifásica) Balance Energético→ Máquina eléctrica MOTOR. P1 Pcu1 PFe Pcu2 Pm Pu 7.2.4 Balance de potencias Pc Pa Pmi
  • 31. Par útil: el par que es capaz de desarrollar el motor en el eje Pu = Pmi – Pérdidas mecánicasPu = Pmi – Pérdidas mecánicas Se denomina PAR INTERNO al par total desarrollado internamente por la máquina asíncrona. Pmi Mi Ωr = Pu Mu Ωr = El rendimiento de un motor informa del aprovechamiento de la potencia eléctrica absorbida por el motor para producir potencia mecánica Pu η P1 = 7.2.4 Balance de potencias
  • 32. 1 Deslizamiento S Par Par de Arranque Par máximo Par Nominal 0 Velocidad de sincronismo Motor GeneradorFreno s > 1s > 1s > 1 0 < s < 10 < s < 10 < s < 1 s < 0s < 0s < 0 221 −−= , T T nom arr 221 −−= , T T nom arr 7281 ,, T T nom max −−= 7281 ,, T T nom max −−= 7.2.5 Característica Par-Deslizamiento Punto de funcionamiento Curva característica de la carga
  • 33. La CARACTERÍSTICA MECÁNICA de los motores de inducción es prácticamente LINEAL entre vacío y plena carga. La CARACTERÍSTICA MECÁNICA de los motores de inducción es prácticamente LINEAL entre vacío y plena carga. El PAR MÁXIMO suele ser de 2 a 3 veces el nominal.El PAR MÁXIMO suele ser de 2 a 3 veces el nominal. El PAR DE ARRANQUE tiene que ser SUPERIOR al NOMINAL para permitir que el motor se ponga en marcha y acelerar la carga . El PAR DE ARRANQUE tiene que ser SUPERIOR al NOMINAL para permitir que el motor se ponga en marcha y acelerar la carga . Para un determinado deslizamiento el PAR varía con el CUADRADO de la TENSIÓN. Para un determinado deslizamiento el PAR varía con el CUADRADO de la TENSIÓN. 7.2.5 Característica Par-Deslizamiento
  • 34. 7.3 Otros tipos de Motores 7.3.1 Motor Síncrono • Introducción • Principio de funcionamiento • Características constructivas • Circuito equivalente • Funcionamiento en vacío • Funcionamiento en carga
  • 35. 7.3.1.1 Introducción. TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE ALTERNA GIRATORIAS SÍNCRONASÍNCRONAASÍNCRONA ALTERNADOR MOTOR MOTOR GENERADOR ESTÁTICAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA GENERADOR MOTOR TRANSFORMADOR
  • 36. La más utilizada en la generación de energía eléctrica. Es necesario mantener la velocidad rotórica constante. La frecuencia es proporcional a la velocidad de giro. Potencias máximas del orden de 2000 MVA. ► EL ALTERNADOR. Energía Mecánica en el eje Energía Eléctrica Sistema III AC Energía Eléctrica DC MÁQUINA SÍNCRONA (ALTERNADOR) 7.3.1.1 Introducción.
  • 37. ) 2 cos(sen)( coscos)( π ωωωω ωθ −⋅⋅Φ=⋅⋅Φ= ∂ Φ∂ −= ⋅Φ=⋅⋅=Φ tt t te tABt MAXMAX MAX fN fN fN NE E MAX MAX MAX MAXMAX RMS y,aalProporcion 2 2 2 22 Φ Φ⋅⋅⋅⋅= ⋅Φ⋅ = = ⋅Φ⋅ == π π ω Se hace girar un campo magnético constante (imán o bobina alimentada en continua en el rotor) en el interior de una bobina fija alojada en el estátor Fuerza electromotriz inducida en los extremos de la bobina: La frecuencia de la tensión inducida es la de giro de la bobina → Principio de funcionamiento del GENERADOR síncrono. 7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Fundamentos teóricos.
  • 38. )120cos(2)( )120cos(2)( )cos(2)( °+⋅⋅= °−⋅⋅= ⋅⋅= tEte tEte tEte RMSc RMSb RMSa ω ω ω Se consigue un sistema trifásico de tensiones disponiendo tres bobinas en el estátor desfasadas 120° entre sí. Las tensiones inducidas estarán desfasadas de forma simétrica. El flujo magnético constante se consigue mediante una bobina solidaria al rotor en la que se inyecta corriente continua → Principio de funcionamiento del GENERADOR síncrono. 7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Rotor Inductor Estator Inducido
  • 39. Generador Estator Rótor Devanado trifásico simétrico (a 120º) Devanado rotórico alimentado con corriente continua Rotor alimentado con cc genera campo B cte Rotor girando a N rpm mediante máquina motriz Interacción v-B FEM inducida por el campo giratorio en el estator Campo B girando misma velocidad del rotor Tensión trifásica a f=pN/60 7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Recapitulación. Ley de Faraday
  • 40. Motor Estator Rótor Devanado rotórico alimentado con corriente continua Rotor alimentado con cc genera campo B cte Se lleva el rotor al sincronismo mediante máquina motriz externa Campo B del estator arrastra a campo B del rotor Campos B de estator y rotor girando misma velocidad El rotor gira 7.3.1.2 Principio de Funcionamiento. Recapitulación. Devanado trifásico simétrico (a 120º) alimentado con sistema trifásico equilibrado de tensiones (desfase de 120°) Motor síncrono tiene par de arranque nulo Estator alimentado con tensión trifásica Estator genera campo B giratorio Enganche magnético
  • 41. p=1 ⇒ 3000 rpm p=2 ⇒ 1500 rpm p=3 ⇒ 1000 rpm p=4 ⇒ 750 rpm • n = Velocidad rotórica (rpm). • f = Frecuencia de la onda de tensión. • p = Número de pares de polos. p f n ⋅ = 60 → Velocidad de giro del rotor (circuito inductor). P = 1 P = 2 P = 3 → Ejemplo: Obtención de tensión a 50Hz en función del Nº de polos. 7.3.1.2 Principio de Funcionamiento.
  • 42. La máquina síncrona utiliza un ESTÁTOR constituido por un devanado trifásico simétrico (distribuido a 120º) idéntico a la máquina asíncrona de inducción El ROTOR está formado por un devanado alimentado desde el exterior a través de escobillas y anillos rozantes con corriente continua El rotor puede ser liso o de polos salientes Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos. Como motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada >1 MW 7.3.1.3 Características constructivas.
  • 43. Velocidades de giro bajasVelocidades de giro bajas rotor – polos salientes Velocidades de giro elevadas. Turboalternadores Velocidades de giro elevadas. Turboalternadores → Estructura de la máquina síncrona. Estátor y rotor. NNN S S Sentido de las corrientes por el rotor N S Líneas de campoestátor rotor – polos lisos 7.3.1.3 Características constructivas.
  • 44. ► El Flujo magnético (excitación) es creado por un electroimán situado en la parte giratoria de la máquina (rotor). • Rotor de polos salientes: bobina del electroimán rodeando a las expansiones polares del rotor. • Rotor de polos lisos: bobina del electroimán situada en ranuras practicadas longitudinalmente en el rotor. P = 1 P = 2 P = 1 P = 2 Rotor 7.3.1.3 Características constructivas.
  • 45. 7.3.1.4 Circuito equivalente. La F.E.M. (E) es proporcional a la corriente de excitación (Ie) del rotor. En funcionamiento como generador representa a la tensión que se induce en el estator. La F.E.M. (E) es proporcional a la corriente de excitación (Ie) del rotor. En funcionamiento como generador representa a la tensión que se induce en el estator. Xs = Reactancia síncrona = reactancia dispersión estator + reacción de inducidoXs = Reactancia síncrona = reactancia dispersión estator + reacción de inducido j Xs Rs A B E I + V = ( U / √3 ) Inducido-estator Rs = Resistencia de los conductores de las bobinas del estátorRs = Resistencia de los conductores de las bobinas del estátor Inductor-rotor Ie Ve+ − ► Impedancia síncrona. Circuitoequivalente porfase Circuitoequivalente porfase
  • 46. 7.3.1.5 Funcionamiento en vacío. Velocidad de giro Flujo Cuando el generador trabaja en vacío no hay caída de tensión: La tensión de salida (V) coincide con la FEM (E). Cuando el generador trabaja en vacío no hay caída de tensión: La tensión de salida (V) coincide con la FEM (E). nKE ⋅ϕ⋅= ϕ = f(Ie) ► Característica de vacío o de magnetización. V Ie A TensiónenvacíoV Intensidad de excitación
  • 47. 7.3.1.6 Funcionamiento en carga. Reacción de inducido. Cuando el alternador trabaja en vacío el único flujo existente es el producido por la corriente continua de excitación del rotor. El flujo total de la máquina se verá disminuido o aumentado dependiendo que la carga sea inductiva o capacitiva. Cuando suministra corriente a una carga, dicha corriente produce un campo magnético giratorio al circular por los devanados del estátor. Este campo produce un par opuesto al de giro de la máquina, que es necesario contrarrestar mediante la aportación exterior de potencia mecánica. A este efecto creado por el campo del estátor se le conoce con el nombre de “reacción de inducido”.
  • 48. U U U I I I RI RI RI jXs jXs jXs E E E Carga resistiva Carga Inductiva Carga capacitiva U U U I I I RI RI RI jXs jXs jXs E E E Carga resistiva Carga Inductiva Carga capacitiva Para una misma tensión de salida el generador puede ceder o absorber potencia reactiva dependiendo de que la carga sea inductiva o capacitiva Para conseguirlo basta modificar el valor de la E (modificando el campo de excitación) Carga j Xs Rs E I + V Inducido-estator 0V)X·jR(·IE ss =−+− I·U·3I·V·3S == 7.3.1.6 Funcionamiento en carga. Reacción de inducido.
  • 49. 7.3.1.6 Funcionamiento en carga. Régimen aislado. El generador alimenta a una carga de forma independiente Funcionamiento aislado La tensión de alimentación puede variar El factor de potencia de la carga es fijo Aumento en la excitación Aumento en la tensión de salida Aumento en potencia mecánica Aumento en la velocidad de giro Aumento en la frecuencia
  • 50. 7.3.1.6 Funcionamiento en carga Funcionamiento en una red de potencia infinita El generador está conectado a otra red en la que actúan otros generadores: su potencia es muy pequeña respecto de la total de la red CONEXIÓN A RED DE POTENCIA INFINITA La tensión de alimentación ESTÁ FIJADA POR LA RED La frecuencia ESTÁ FIJADA POR LA RED Aumento en la excitación Aumento en la POTENCIA REACTIVA ENTREGADA Aumento en potencia mecánica Aumento de la POTENCIA ACTIVA ENTREGADA
  • 51. 7.3.2 Máquina de Corriente Continua • Aspectos constructivos • Principio de funcionamiento • F.E.M. inducida • Par electromagnético • Sistemas de excitación • Reacción de inducido • Conmutación • Funcionamiento generador • Funcionamiento motor 7.3 Otros tipos de Motores
  • 52. 7.3.2.0 Introducción. TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE ALTERNA GIRATORIAS ASÍNCRONA ALTERNADOR MOTOR MOTOR GENERADOR ESTÁTICAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA GENERADOR MOTOR TRANSFORMADOR SÍNCRONA
  • 53. 7.3.2.1 Aspectos Constructivos Circuito Magnético Estátor: macizo o de chapa magnética (total-parcialmente) Rótor: chapa magnética de acero al silicio apiladas y eléctricamente aisladas unas de otras Entrehierro Paq. Mag. Estátor Cilíndrico hueco con piezas radiales Rótor Paquete magnético cilíndrico Polos (inductores) salientes Ranuras en la superficie externa Estructura mecánica Estátor: Parte fija Rótor: Parte giratoria Cilindro que puede girar sobre su eje (rótor) en el interior de otro cilindro hueco fijo (estátor) Circuito Eléctrico Estátor Inductor Creación del campo B Rótor Inducido Asiento de las FF.E.MM. inducidas Espiras de hilo o pletina de cobre arrolladas sobre los polos inductores Espiras de hilo o pletina de cobre conectadas entre si y a las delgas Alimentación con corriente continua Colector de delgas y escobillas Rectificador mecánico que convierte las FF.E.MM. alternas inducidas en las espiras en C.C. en las escobillas
  • 54. 1. Yugo o culata 2. Núcleo del polo inductor 3. Expansión polar 4. Núcleo del polo auxiliar o de conmutación 5. Extremo del polo auxiliar o de conmutación 6. Paquete magnético del rótor 7. Arrollamiento del inducido 8. Arrollamiento inductor o de excitación 9. Devanado de conmutación 10.Colector de delgas 11. - 12. Escobillas 11 22 33 44 66 77 55 88 99 1010 1111 1212 ©© M. F.M. F. CabanasCabanas:: TTéécnicas para elcnicas para el mantenimiento ymantenimiento y diagndiagnóóstico destico de mmááquinas elquinas elééctricasctricas rotativasrotativas 7.3.2.1 Aspectos Constructivos
  • 55. FotografFotografíía realizada en los talleres de ABBa realizada en los talleres de ABB ServiceService GijGijóónn Motor de C.C. de 6 MW fabricado por ABB Motor de C.C. para aplicaciones de robótica Pequeños motores de C.C. de imán permanente 7.3.2.1 Aspectos Constructivos
  • 56. 7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Motor @Manés Fernández N S Imanes Permanentes Corriente que se hace circular por la espira Espira Campo Magnético Escobillas FUERZA QUE TIENDE A HACER GIRAR A LA ESPIRA: PAR MOTOR Si se hace circular una intensidad por una bobina inmersa en un campo magnético, ésta sufre un par motor que tiende a alinear ambos campos magnéticos, el propio de la bobina y el externo.
  • 57. 7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Generador N NS S Escobillas Anillos rozantes Osciloscopio Instrumento de medida La F.E.M. que se induce en la espira es alternativa (variable con el tiempo). La FEM que se obtiene a la salida de la máquina (escobillas) es la misma que se induce en la espira (alternativa y variable en el tiempo), debido a la conexión entre los extremos de la espira y las escobillas, a través de los anillos. ©© M. F.M. F. CabanasCabanas:: TTéécnicas para elcnicas para el mantenimiento ymantenimiento y diagndiagnóóstico destico de mmááquinas elquinas elééctricasctricas rotativasrotativas Fuerza externa que hace girar la espira Imanes o electroimanes alimentados con C.C. para la creación del campo magnético
  • 58. Con la máquina girando a una cierta velocidad V, la F.E.M. que se induce en la espira es alterna: cambia de signo cada vez que se pasa por debajo de cada polo. El colector es un dispositivo que rectifica la F.E.M. para obtener una tensión continua (unidireccional) y positiva (sin cambios de polaridad) 0 π 2π 2BlV -2BlV E N S Polos inductores de la máquina 0 π 2π 2BlV E N S 0 π 2π 2BlV E N S Colector elemental (2 delgas) 0 π 2π 2BlV E N S 0 π 2π 2BlV E N S Colector real (muchas delgas) VlBE ⋅⋅⋅= 2 7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Generador
  • 59. 0+- + +- + 12 1 2 21 Sentido de rotación de la espira Colector de dos delgas Instante Inicial Conmutación Inversión de la polaridad ©© M. F.M. F. CabanasCabanas:: TTéécnicascnicas para elpara el mantenimimantenimi ento yento y diagndiagnóósticostico dede mmááquinasquinas elelééctricasctricas rotativasrotativas Escobillas Colector Colector real ©© M. F.M. F. CabanasCabanas:: TTéécnicas paracnicas para elel mantenimientmantenimient o yo y diagndiagnóósticostico de mde mááquinasquinas elelééctricasctricas rotativasrotativas 7.3.2.2 Principio de funcionamiento: Generador
  • 60. • El campo magnético de la máquina de CC puede obtenerse de dos formas, mediante: – Imanes permanentes – Electroimanes, bobinas alimentadas con CC (caso habitual): • Según la fuente de alimentación de las bobinas se tienen dos tipos de excitación: – Excitación independiente (o separada): la corriente que alimenta al devanado inductor procede de una fuente, independiente, externa. – Autoexcitación: la corriente de excitación procede de la propia máquina. Según la forma de obtener esta corriente existen tres tipos diferentes de MM. de C.C.: • Excitación serie: devanado inductor en serie con el inducido • Excitación derivación: devanado inductor conectado directamente a las escobillas, por tanto, en paralelo con el inducido. • Excitación compuesta o mixta: una bobina en serie y la otra en derivación. 7.3.2.3 Sistemas de excitación
  • 61. Ri LexUex E Ui InducidoInductor Resistencia del inducido Tensión excitación FEM Inducida Rex Resistencia del inductor Motor de excitación independiente Ri Lex UexE Ui Inducido Inductor Resistencia del inducido Rex Motor de excitación derivación Ri LexRex E Ui Inducido Inductor Resistencia del inducido Motor de excitación serie 7.3.2.3 Sistemas de excitación
  • 62. Ri Lex1 E Ui Inducido Inductor 1 Resistencia del inducido Inductor 2 Rex1 Rex2 Lex2 Motor de excitación compuesta larga Ri E Ui Inducido Inductor 1 Resistencia del inducido Inductor 2 Lex2Rex2 Rex1 Lex1 Motor de excitación compuesta corta 7.3.2.3 Sistemas de excitación
  • 63. 7.3.2.4 Reacción de inducido π 2BlV -2BlV E N S FEM con reacción de inducido 0 2π Al circular corriente por el inducido se va a crear un campo que distorsiona el campo creado por los polos inductores de la máquina Esta distorsión del campo recibe el nombre de reacción de inducido Efectos producidos por la reacción de inducido Desplazamiento de la “plano o línea neutra” (plano en el que se anula el campo Disminución del valor global del campo de la máquina Desplazamiento de la línea neutra
  • 64. 7.3.2.5 Conmutación ©© MulukutlaMulukutla S.S. SarmaSarma:: ElectricElectric machinesmachines Reducción de par y aumento de velocidad Desplazamiento de la “plano o línea neutra” POLOS DE CONMUTACIÓN Los polos auxiliares de conmutación compensan localmente la reacción de inducido y mejoran la conmutación Disminución del valor global del campo de la máquina Problemas durante la conmutación
  • 65. 7.3.2.6 Funcionamiento generador Generador de excitación independiente Ri LexUex E Ui InducidoInductor FEM Inducida IexRex Se hace girar el inducido y se alimenta el inductor. La tensión de excitación controla la FEM (E) y, por tanto, la tensión de salida Ui La tensión de salida crece proporcionalmente con la velocidad de giro n La relación entre la corriente de excitación y la FEM inducida no es lineal: existe saturación ϕ⋅⋅= nKE ϕ⋅⋅= nKE IKTTOTAL ⋅ϕ⋅= IKTTOTAL ⋅ϕ⋅= I = Corriente de inducido iii IREU ⋅−= iii IREU ⋅−=
  • 66. 7.3.2.7 Funcionamiento motor Ri LexUex E Ui InducidoInductor Resistencia del inducido Tensión excitación FEM Inducida Rex Resistencia del inductor Motor de exc. independiente i i R 'KK T K U n ⋅ ⋅⋅ − ⋅ = 2 ϕϕ i i R 'KK T K U n ⋅ ⋅⋅ − ⋅ = 2 ϕϕEcuación del motor derivación e independiente iii IREU ⋅−= iii IREU ⋅−= Se alimentan el inducido y el inductor con cc. La circulación de intensidad por el inducido (rotor) dentro de un campo magnético constante provoca un par de fuerzas que hace girar al rotor. La velocidad alcanzada dependerá de las tensiones de excitación e inducido, los parámetros de la máquina y del par accionado. Característica dura nnn TTT Pendiente 2 – 8%Pendiente 2 – 8% Aumento de Ri Aumento de Ri Curva par-velocidad de los motores de excitación independiente y derivación
  • 67. 7.5 Motores monofásicos • Introducción • Principio de funcionamiento: • Motor de fase partida • Motor de espira de sombra
  • 68. Los motores monofásicos de inducción se utilizan, principalmente, en los electrodomésticos y máquinas herramienta. Los motores monofásicos de inducción se utilizan, principalmente, en los electrodomésticos y máquinas herramienta. Su diseño es muy parecido al de los trifasicos.Su diseño es muy parecido al de los trifasicos. El rótor es en jaula de ardilla. El rótor es en jaula de ardilla. El devanado principal El devanado principal El devanado estatórico está formado por dos conjuntos de bobinas El devanado estatórico está formado por dos conjuntos de bobinas El auxiliar, despalzado 90º, y alojado en las ranuras del paquete magnético estatórico. El auxiliar, despalzado 90º, y alojado en las ranuras del paquete magnético estatórico. 7.5.1 Introducción Devanado auxiliar Devanado principal
  • 69. Motor Monofásico Estator Rótor Devanado principal alimentado con tensión monofásica Espiras en cortocircuito Tensión alterna monofásica Campo variable de dirección fija Corrientes y FEM inducida en el rotor Ley de Biot y Savart Interacción i-B Fuerza sobre las espiras del rotor que se cancelan El rotor NO gira 7.5.2 Principio de funcionamiento Ley de Faraday Necesita impulso exterior para empezar a girar cerca del sincronismo
  • 70. 7.5.2 Principio de funcionamiento Par de arranque Rotación Devanado auxiliar Devanado principal Fuente C.A. Para producir par en el arranque es necesario crear un campo magnético rotativo. Esto puede lograrse mediante el devanado auxiliar. Para producir par en el arranque es necesario crear un campo magnético rotativo. Esto puede lograrse mediante el devanado auxiliar. Al alimentar ambos devanados, desplazados y desfasados 90º, se generan flujos ortogonales. Al alimentar ambos devanados, desplazados y desfasados 90º, se generan flujos ortogonales. Campo magnético rotativoCampo magnético rotativo Devanado auxiliar se desconecta al alcanzar el 75% de la velocidad de sincronismo mediante interruptor centrífugo Devanado auxiliar se desconecta al alcanzar el 75% de la velocidad de sincronismo mediante interruptor centrífugo Par de arranquePar de arranque
  • 71. 7.5.2 Principio de funcionamiento Motor de fase partida Interruptor centrífugo Devanado auxiliar Hilo fino Devanado principal Hilo grueso Interruptor centrífugo Devanado auxiliar Hilo fino Devanado principal Hilo grueso Condensador Devanado principal con muchas espiras gruesas. Devanado principal con muchas espiras gruesas. Muy inductivaMuy inductiva Mejora: Condensador en serie con el circuito auxiliar. Acerca el desfase entre las intensidades a la condición ideal de cuadratura: máximo valor de par de arranque. Mejora: Condensador en serie con el circuito auxiliar. Acerca el desfase entre las intensidades a la condición ideal de cuadratura: máximo valor de par de arranque. Desfase relativo entre ambas intensidades Desfase relativo entre ambas intensidadesDevanado auxiliar con pocas espiras delgadas. Devanado auxiliar con pocas espiras delgadas. Poco inductivaPoco inductiva Campo giratorio y por tanto Par de arranque Campo giratorio y por tanto Par de arranque
  • 72. 7.5.2 Principio de funcionamiento Motor de espira de sombra Fuente C.A. Anillo de cobre Devanado auxiliar Devanado principal Rotación Los motores monofásicos de espira de sombra son muy utilizados en aparatos de pequeña potencia debido a su simple ejecución. Los motores monofásicos de espira de sombra son muy utilizados en aparatos de pequeña potencia debido a su simple ejecución. El devanado auxiliar consiste en una única espira de cobre que rodea una porción de cada polo. El devanado auxiliar consiste en una única espira de cobre que rodea una porción de cada polo. El flujo principal induce otro campo pulsante en las espiras auxiliares. La acción combinada de ambos da lugar a un débil campo giratorio que arranca el motor. El flujo principal induce otro campo pulsante en las espiras auxiliares. La acción combinada de ambos da lugar a un débil campo giratorio que arranca el motor.
  • 73. 7.4 Selección de un motor. 7.4.1 Grado de protección. 7.4.2 Formas constructivas. 7.4.3 Tipos de servicio. 7.4.4 Selección de un motor de Inducción.
  • 74. • El grado de protección de la carcasa de un motor frente a la penetración de sólidos y agua se indica mediante la designación IP seguida de dos dígitos • IP xy – IP (International Protection) – x (0-6) Protección contra contacto y penetración de sólidos – y (0-8) Protección contra penetración de agua 7.4.1 Grado de Protección de un Motor. UNE-20324.
  • 75. 7.4.1 Grado de Protección de un Motor. UNE-20324. 1ª Cifra 2ª Cifra
  • 76. • Las formas constructivas hacen referencia a la disposición del eje del motor a la superficie de anclaje y se indica mediante la designación IM seguida de una letra y un número • IM xy – IM (International Mounting) – x (B,V) Eje horizontal o vertical – y (número de uno o dos dígitos) 7.4.2 Formas Constructivas. IEC 60034-7. IM B 3 → Disposición y montaje del motor.
  • 77. 7.4.2 Formas Constructivas. IEC 60034-7. → Disposición y montaje del motor.
  • 78. 7.4.3 Tipos de servicio S1: Servicio continuo Servicio con carga constante cuya duración es suficiente para estabilizar la temperatura de la máquina. Denominación: Indicación de la potencia. S2: Servicio de breve duración Servicio con carga constante pero cuya duración no es suficiente para estabilizar la temperatura, seguido de una pausa lo suficientemente prolongada para que la temperatura del motor no difiera en más de 2 K de la del medio refrigerante. Denominación: Mediante la duración del servicio y la potencia; por ejemplo, S2: 20 min., 15 kW.
  • 79. S3: Servicio intermitente sin influencia del proceso de arranque Servicio que se compone de una sucesión de maniobras iguales, formadas por un período de carga constante seguido de una pausa, sin que la intensidad de arranque influya apreciablemente en el calentamiento. Denominación: Mediante el tiempo de conexión, duración de la maniobra y potencia. Por ejemplo, S3: 15 min/60 min, 20 kW; o por duración relativa del período de conexión tr en tanto por ciento y duración de la maniobra. Por ejemplo, S3: 25 %, 60 min., 20 kW. La indicación de la duración de la maniobra puede suprimirse cuando es de 10 minutos. S4: Servicio intermitente con influencia del proceso de arranque Servicio que se compone de una sucesión de maniobras iguales, que comprenden un tiempo de arranque apreciable, un tiempo con carga constante y una pausa. Denominación: Mediante la duración relatíva de conexión en tanto por ciento, número de arranques por hora y potencia. Por ejemplo, 84: 40 %, 520 arranques, 30 kW. Adicionalmente se indicará el momento de inercia y el par resistente durante el arranque. 7.4.3 Tipos de servicio
  • 80. 7.4.4 Selección de un motor de inducción. Seleccionar carcasa y nivel de protección (IP) Seleccionar potencia en función de la potencia necesaria para arrastra la carga Seleccionar velocidad (p) en función velocidad carga Seleccionar forma normalizada de montaje (IM) en función de la ubicación Seleccionar clase de aislamiento en función de la temperatura esperada y ambiente de trabajo Seleccionar característica mecánica en función de par de arranque y resistente de la carga ABB – “Guide for selecting a motor”
  • 81. Bombas centrífugas Compresores centrífugos Ventiladores y soplantes Centrifugadoras TR=K· n2 Prensas Máquinas herramientas TR=K· n Máquinas elevación Cintas transportadoras Machacadoras y trituradoras Compresores y bombas de pistones TR=K Bobinadoras Máquinas fabricación chapa TR=K· n-1 TR=K TR=K· n2 n TR TR=K· n → Tipos de cargas mecánicas. Par resistente. TR=K· n-1 7.4.4 Selección de un motor de inducción.
  • 82. Clasificación NEMA según el tipo de rotor Clase BClase BClase B Clase AClase AClase A Clase CClase CClase C Clase DClase DClase D T/T/TnomTnom SS 1,51,5 22 2,52,5 33 Par de arranque bajo Par nominal con S<5% Corriente arranque elevada 5 – 8 In Rendimiento alto Uso en bombas, ventiladores, máquina herramienta, etc, hasta 5,5 kW Para potencias > 5,5 kW se usan sistemas de arranque para limitar la corriente MOTOR CLASE AMOTOR CLASE A 7.4.4 Selección de un motor de inducción.
  • 83. http://www.lafert.com/products/pdf/2.1%20s%202004.pdf → Datos de catálogo. 7.4.4 Selección de un motor de inducción.