Maquinas Eléctricas Asincronas (Universidad Nacional de Loja)

MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
ASÍNCRONAS
Jorge Patricio Muñoz V.
Ing. Eléctrico - MSc - MBA

IntroducciónIntroducción
La diferencia de la máquina asíncrona con las otras máquinas se debe a
que no existe corriente conducida generalmente al arrollamiento del rotor.
La corriente del rotor se debe a la f.e.m. inducida por la acción del flujo del
arrollamiento del estator. Por esta razón de denomina máquinas de
inducción.
También reciben el nombre de máquinas asíncronas debido a que la
velocidad de giro del rotor no es la de sincronismo impuesta por la
frecuencia de la red.
Los motores asíncronos tienen una construcción simple y robusta, sobre
todo en el caso del rotor en forma de jaula de ardilla.
La limitación más grave de estas máquinas es la regulación de la
velocidad, sin embargo, con el uso de elementos electrónicos (variadores
de frecuencia) se esta superando esta dificultad.

Eje motor
Cojinete
Carcasa
Aletas de
refrigeración
Rotor de
jaula de
ardilla
Flujo del aire de
refrigeración
Ventilador de
refrigeración
Estator con
devanados
estatóricos
Bornera
Aspectos ConstructivosAspectos Constructivos

La máquina asíncrona esta formada por un estator y un rotor.
En el estator se coloca el arrollamiento inductor, alimentado por una red
trifásica o monofásica.
Estas máquinas se clasifican en: a) rotor en jaula de ardilla o en
cortocircuito, y b) rotor devanado o con anillos.
El estator esta formado por un apilamiento de chapas de acero al silicio
que disponen de ranuras en su periferia interior en las que se sitúa el
devanado trifásico distribuido alimentado por un sistema eléctrico del
mismo tipo.
Se obtiene un flujo magnético giratorio de amplitud constante distribuido
senoidalmente en el entrehierro.
Estator
Rotor
Ranuras Estator
Ranuras Rotor

ROTOR EN JAULA DE ARDILLA
El rotor esta constituido por un conjunto de chapas apiladas, formando un
cilindro, que tienen unas ranuras en la circunferencia exterior, donde se
coloca el devanado.
En el tipo en forma de jaula de ardilla se tiene una serie de conductores de
cobre o aluminio puestos en cortocircuito por dos anillos laterales.
Rotor Jaula de Ardilla

ROTOR BOBINADO
La máquina puede tener un rotor bobinado trifásico similar al situado en el
estator, en el que las tres fases se conectan por un lado en estrella y por el
otro se envían a unos anillos aislados entre si.
Esta disposición hace posible la introducción de resistencias externas por
los anillos para limitar las corrientes de arranque, mejorar las
características del par y controlar la velocidad.
Rotor Bobinado

Rotor Bobinado
1. Devanados
2. Anillos
3. Escobillas
4. Terminales de conexión
1
2

Estator

Distribución del bobinado en el estatorDistribución del bobinado en el estator
Bobinados del Estator

Distribución del bobinado en el estatorDistribución del bobinado en el estator
Diagrama de conexiones de los Bobinados del Estator

Rotor de aluminio
Fundido
Rotor de anillos
Soldados
Anillos en Cortocircuito
Rotor

Partes de un Motor AsíncronoPartes de un Motor Asíncrono

• Generalmente la máquina asíncrona suele funcionar como
motor.
• El devanado del estator esta constituido por tres arrollamientos
desfasados 120° en el espacio.
• Al introducir corrientes de una red trifásica de frecuencia f1, se
produce una onda rotativa de f.m.m. distribuida senoidalmente
por la periferia del entrehierro, produce un flujo giratorio de
velocidad
Donde:
• ns = es la velocidad de sincronismo del flujo giratorio.
• f1 = es la frecuencia de la red trifásica.
• p = número de pares de polos.
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento
p
f*60
n 1
s =

• ns = Campo magnético giratorio a
velocidad de sincronismo.
• nr = velocidad del rotor.
ns > nr
ωs > ωr
ω1
ω2
Campo magnético giratorio
Velocidad del
campo
magnético del
estator
Velocidad del
rotor
Estator
Rotor

R
R’
S
S’
T
T’
S
N
S
N
ESTATOR
(genera el campo giratorio
producido por corrientes
trifásicas)
ROTOR
(gira siguiendo al campo
giratorio)
Energía eléctrica
(Estator)
Energía mecánica
(Rotor)
Campo magnético giratorio

• De acuerdo con la Ley de Faraday, la f.e.m. inducida en un
conductor de longitud L que se mueve a la velocidad v dentro de
un campo B es:
• Con la f.e.m. inducida en el conductor y al estar éste en
cortocircuito, se produce la circulación de corriente i en la
dirección que se muestra.
LBvB)dIve ⋅×=×= ∫ )((
Estator
Rotor
Sentido de la
corriente
inducida
Sentido del
campo
giratorio

• Al circular corriente por los conductores del rotor, aparecerá en
los mismos una fuerza cuyo sentido se obtiene aplicando la
conocida ley vectorial (Ley de Laplace).
• Multiplicado la fuerza por el radio del rotor e integrando esta
acción sobre el número total de conductores del rotor se
obtendrá el par total de la máquina, que tenderá a mover el rotor
siguiendo al campo giratorio del estator.
)i( BLF ×=
Estator
Rotor
Sentido de la
corriente
inducida
Sentido del
campo
giratorio
F
Sentido de
giro del
rotor

• Cuando más se aproxima la velocidad del rotor (nr) a la
velocidad del estator (ns), la fem inducida en los
conductores del rotor se reduce así como la circulación de
su corriente provocando una disminución del par interno.

Campo magnético giratorio en el estator
(velocidad de sincronismo)
Campo magnético giratorio induce f.e.m. en el
rotor
Circulan corrientes por el rotor
cortocircuitado
Fuerzas electromagnéticas de reacción estator -
rotor (producidas por corrientes del rotor)
Par en el rotor: el rotor gira
El rotor gira a una velocidad nr inferior a la
velocidad de sincronismo ns (de esta manera se
induce la f.e.m. en el rotor, se produce corrientes en el
rotor, hay el par motor.

Placa de bornesPlaca de bornes
U1 V1 W1
U2 V2 W2
U1 V1 W1
U2 V2 W2

Placa de bornesPlaca de bornes

Cambio de sentido de giroCambio de sentido de giro

DeslizamientoDeslizamiento
• Como caso límite, el rotor girase a la velocidad de
sincronismo (ns), no habría entonces movimiento relativo del
campo giratorio respecto del rotor (nr), desapareciendo con
ello la fem inducida y como consecuencia de esto se
anularía la corriente del rotor y el par.
• La velocidad de sincronismo (ns) constituye el límite teórico
al que puede girar el rotor (nr).
• El motor debe girar a una velocidad menor a la de
sincronismo (n < ns), es decir su velocidad es asíncrona.

ns = n1
nr = n
Deslizamiento o deslizamiento absoluto: s = n1 – n
Deslizamiento relativo: s
• Se conoce con el nombre de deslizamiento al cociente:
1
1
n
nn
s
−
= 100*
n
nn
s%
1
1 −
=
p
60f
n 1
1 =
1
1
n
nn
s
−
=
( ) ( )s1
P
f*60
s1nn 1
1 −=−=
Velocidad del rotor Pares de polos Deslizamiento
Frecuencia red

Número de polos n1 (rpm) n(rpm) s (%)
2 3600 3542,4 1,6
4 1800 1740,6 3,3
6 1200 1141,2 4,9
8 900 840,6 6,6
10 720 662,4 8,0
• La velocidad de giro del campo magnético producido por el estator que
es la velocidad de sincronismo y la del rotor, en menor valor, para una
frecuencia de 60 Hz, se muestra en el siguiente cuadro:

Frecuencias de la Corriente del RotorFrecuencias de la Corriente del Rotor
estatorrotor f*sf =
En el limite
S--►1 y n2--►0
En el límite
S--►0 y n2--►n1
En el límite
frotor--►festator
En el límite
frotor--►0

FEM en el rotorFEM en el rotor
=
= ∴ =
=
2 1
2 1
f s f
si n 0 s 1
f f
f2 = la frecuencia del rotor
f1 = la frecuencia del estator
• Si se denomina E2 el valor eficaz de la fem por fase del rotor detenido,
N2 el número de espiras por fase, øm al flujo máximo que lo atraviesa y
K2 = Kd2Ka2 al coeficiente del devanado, se cumplirá.
m2122 φNfK4,44E ∗=

FEM inducida en estatorFEM inducida en estator
• De una manera similar, se determina E1 al valor eficaz de la fem
inducida por fase en el estator, obteniéndose:
• Donde N1 es el número de espiras por fase y K1 el factor de devanado
correspondiente. Las expresiones de E1 y E2 son similares a las que se
obtienen de un transformador donde el primario es el estator y el
secundario es el rotor. La diferencia radica en que en los motores
aparecen coeficientes de devanados K1 y K2, factores reductores
(cercanos a la unidad)
m1111 φNfK4,44E ∗=

• Cuando el rotor gira a velocidad n, en el sentido del capo giratorio, el
deslizamiento ya no es la unidad y las frecuencias de las corrientes del
rotor son iguales a f2. Denominando E2, a la nueva fem inducida en este
devanado, se tiene:
• Comparando con las expresiones anteriores se obtiene (rotor en
movimiento):
• E2s = con el rotor en movimiento
• E2 = con el rotor en reposo
m2222s φNfK4,44E ∗=
22s EsE ∗=

p
f60
n 2
2 =
• La fem E2s producirá unas corrientes en el rotor de frecuencia f2, de tal
forma que éstas a su vez crearán un campo giratorio, cuya velocidad
respecto a su propio movimiento es
• La máquina gira a n rpm; n2 es la velocidad del campo giratorio del rotor
y n2+n es la velocidad del campo giratorio respecto a un referencial en
reposo.

nnn
60
)np(n
60
pn
*
n
nn
f
f*sf
12
11
1
1
1
12
−=
−
=
−
=
=
• El rotor esta devanado con el mismo número de polos que el estator.
Como la máquina gira a n rpm, la velocidad del campo giratorio del
rotor respecto a un referencial en reposo será n2 + n, con lo cual se
obtiene
• La velocidad absoluta del campo del rotor será:
• Lo que indica que el campo del rotor gira en sincronismo con el
campo del estator.
112 nnn)(nnn =+−=+

Circuito equivalente por faseCircuito equivalente por fase
del motor asíncronodel motor asíncrono
1d21d22
1d11d11
f*2πLωLX
f*2πLωLX
==
==
• Para establecer las ecuaciones de comportamiento eléctrico del estator
y del rotor, es necesario tener en cuenta que los arrollamientos tiene
resistencia R1 y R2 ohmios/fase y que además existen flujos de
dispersión en los devanados del estator y rotor que dan lugar a las
autoinducciones Ld1 y Ld2, en consecuencia las reactancias de los
arrollamientos en reposo, cuando la pulsación de la red es ω1 = 2πf1
• Al girar el rotor la frecuencia secundaria cambia al valor f2, dando lugar
a la reactancia X2s, equivalente a
• En la siguiente figura se muestra un esquema simplificado por fase del
motor en el que se indican los parámetros anteriores.
22d22d22s X*sf*2πLωLX ===

• R1 y R2 son las resistencias del cobre por fase del estator y rotor
• X1 = reactancia del arrollamiento del estator en reposo
• X2s = reactancia del arrollamiento del rotor en movimiento
111111 IjXIREV ++= 22s222s IjXIRE +=

2s2
2s
2
jXR
E
I
+
=
2
2
2
2
jX
s
R
E
I
+
=22s EsE ∗=
• Aplicado la siguiente expresión y realizando las transformaciones
matemáticas
22s XsX =







−++
=
1
s
1
RjXR
E
I
222
2
2 Resistencia de
carga = Rc
• Los valores de E2 y X2 son, respectivamente, la fem y la reactancia del
rotor en reposo, independientes del movimiento; el efecto de éste se
incluye en R2/s, de tal modo que la frecuencia de este rotor estacionario
ficticio es f1. Haciendo las transformaciones matemáticas

• La resistencia Rc se denomina resistencia de carga y representa
el efecto equivalente a la carga mecánica aplicada al rotor o la
potencia eléctrica disipada en la Rc multiplicada por el número de
fases.
• En la siguiente lámina para mayor comprensión se omite la figura
de la máquina. Mostrando en a) el caso de rotor fijo.
• En b) se ha modificado el circuito del rotor para adaptarlo a la
ecuación anterior (E2 y X2 corresponden a reposo).
• En c) no reúne las ventajas analíticas de un circuito eléctrico ya
que existen acoplamientos magnéticos. Es necesario reducir el
secundario al primario usando las relaciones de transformación
como en los transformadores.

Omitida la figura de la máquina
Modificado el circuito del rotor para adaptarlo a la ecuación anterior
Resistencia propia del rotor más la resistencia de carga

Circuito equivalente por fase del motorCircuito equivalente por fase del motor
asíncrono reducido al estatorasíncrono reducido al estator
Resistencia propia del rotor más la resistencia de carga
Secundario equivalente transferido sus valores al lado primario

Relaciones de transformaciónRelaciones de transformación
• E2 ‘ = mv E2
• I2 ‘ = I2 / mi
• R2 ‘ = mv mi R2
• X2 ‘ = mv mi X2
• Rc ‘ = mv mi Rc
• La relación de transformación de tensiones.
• La relación de transformación de corrientes (m1 estator y m2
rotor).
• La relación de transformación de impedancias.
• Cuando coinciden las fases del estator y rotor mv = mi y es como
v
2
1
i m
m
m
m =

Circuito exacto
Circuito aproximado
Se obtiene una gran ventaja
analítica trasladando la rama de
vacio a los terminales de entrada

Ecuaciones del circuito equivalenteEcuaciones del circuito equivalente
exacto reducido al estatorexacto reducido al estator
, 2
1 0 2 0
I
I =I +I =I +
m
1 1 1 1 1 1V =E +R +jX II
, , , , , , ,
2 2 2 c 2 2 2E =R I +R I +jX I

• El error del circuito aproximado es mayor que en los
transformadores por la presencia del entrehierro del motor.
• Con el circuito equivalente aproximado se obtienen
corrientes en el rotor que son más altas que los valores
reales.
• La aproximación es aceptable para motores de potencias
superiores a los 10 kW.

Circuito equivalente aproximado corregidoCircuito equivalente aproximado corregido
del motor asíncrono reducido al estatordel motor asíncrono reducido al estator
Circuito equivalente aproximado corregido
• En este circuito se corrige la tensión primaria para obtener valores más reales de las
corrientes I1 y I2’.
• Este circuito sirve para determinar corrientes, pérdidas, potencias, potencia mecánica,
etc.
Para calcular la potencia absorbida por el motor aplicar la tensión real V y no V ’
'22
2
11
μ
1
11 'jX
s
'R
jXR
X
X
1' IVV 





+++=








−=

Prueba en vacio o rotor librePrueba en vacio o rotor libre
Circuito equivalente de la prueba en vacio
M
3 ~
A
V
W1
W2
R
S
T
I0

• Po = pérdidas medidas en la prueba de vacio.
• PFe = pérdidas en el hierro
• Pm = pérdidas mecánicas
• Pcu1 = pérdidas en el cobre del estator
• El valor de R1 puede medirse introduciendo
CC en el estator (con un óhmetro).
• La prueba en vacio permite obtener la rama
en paralelo.
22s XsX =
Fe
0
1n 0
P
cosφ =
3V I
Fe 0 0I =I cosφ 0 0I =I sen φµ
1n
Fe
Fe
V
R =
I
1n
μ
μ
V
X =
I

Reparto de las pérdidas en vacio en función de la tensión
• Para determinar PFe y Pm es necesario alimentar al motor con una
tensión variable.
• El voltaje de la prueba debe variar en el 30% al 50% de V1n y algo
superior al V1n . En cada escalón se debe medir P0, I0 y V1. Deduciendo
PFe y Pm.
2
010cu10mFe I3RPPPPP −=−=+cu1mFe0 PPPP ++=

Reparto de las pérdidas en vacio en función de la tensión
• Al representar Pm + PFe en función de V1 se obtiene una curva tipo
parabólico. Extrapolando hasta V1=0 se obtiene el valor de las pérdidas
mecánicas Pm.
• Para reducir errores es más práctico representar Pm + PFe en función del
cuadrado de la V1. En este caso la curva se transforma en una línea
recta.

M
3 ~
A
V
W1
W2
Prueba de cortocircuito o rotor bloqueadoPrueba de cortocircuito o rotor bloqueado
Rotor bloqueado
R
S
T
I1cc=I1n

Prueba de cortocircuito o rotor bloqueadoPrueba de cortocircuito o rotor bloqueado
Circuito equivalente en cortocircuito
• Al estator se aplica una tensión creciente, partiendo de 0 hasta que la
corriente absorbida Icc sea igual a la I1n (corriente nominal por fase).
• Se mide así la V1cc y la Pcc total.
• En este caso la corriente en vacio I0 es despreciable frente a I1n debido a la
pequeña tensión V1cc
• La prueba en cortocircuito permite obtener los parámetros de la rama en
serie del motor.
1ncc
cc
cc
I3V
P
cos =ϕ
cc
1n
1cc
21cc cos
I
V
'RRR ϕ=+=
cc
1n
1cc
21cc sen
I
V
'XXX ϕ=+=

Balance de potenciasBalance de potencias
Circuito equivalente exacto y distribución de potencias en el motor
P1
P1
Pmi
Pm
Pu
Pmi
P
m
PuPa

1ϕcosI3VP 111 =
• La potencia que la máquina absorbe de la red, si V1 es la tensión
aplicada por fase, I1 la corriente por fase, φ1 el desfase.
2
11cu1 I3RP =
Potencia que llega al estator y una parte se
transforma en calor (efecto Joule) en los devanados
Fe1cu1p1 PPP += Esta suma representa las pérdidas de potencia en el
estator

Fe1Fe1Fe1Fe I3VI3EPP ≈==
Fecu11p11a PPPPPP −−=−=
La potencia electromagnética que
llegará al rotor a través del entrehierro
se denomina Pa (potencia en el
entrehierro).
2,
2
,
2
2
22cu2 I3RI3RP == Pérdidas en los devanados del rotor
• Considerando que la frecuencia en el rotor es muy pequeña debido a
que el deslizamiento en la máquina suelen ser pequeño (ejemplo, para
s = 5% con f1= 50 Hz, resulta f2 = 2,5 Hz << f1), prácticamente es el
hierro del estator el único de las perdidas ferromagnéticas. Por tanto,
se podrá escribir.

cu2ami P-PP =
• Las pérdidas en el hierro del rotor son despreciables debido al pequeño
valor de f2. La potencia que llegará al árbol de la máquina, denominada
potencia mecánica interna, Pmi, será:
• Teniendo en cuenta el significado de la resistencia de carga Rc’ del
circuito equivalente, se podrá poner:
( )2,
2
,
2mi I1
s
1
R*3P 





−=

mmiu PPP −=
La potencia útil en el eje es algo menor debido a las pérdidas mecánicas
por rozamiento y ventilación; denominando Pm a estas pérdidas y Pu a la
potencia útil, resulta:
cu1Fecu2mu
u
1
u
PPPPP
P
P
P
η
++++
==
El rendimiento se expresa por lo siguiente
P1= 3 V1 I1
Pcu1 PFe1
Pcu2
PFe2
Pm
Pu
Estator Rotor
Pa
Pmi 60
n
2π
P
T u
=

Motor eléctrico de alta eficienciaMotor eléctrico de alta eficiencia
MOTOR ELÉCTRICO DE ALTO RENDIMIENTO O EFICIENCIA

s1
s
P
P
mi
cu2
−
=
Existen algunas relaciones útiles entre las potencias anteriores
s1
P
s
P
'I
s
'R
3PPP micu2
2
2
cu2mia
−
===+=
La potencia que atraviesa el entrehierro Pa se puede poner:
s
P
P cu2
a =

Par de rotaciónPar de rotación
Si Pu es la potencia mecánica útil desarrollada por el motor y n la
velocidad en rpm a la que gira el rotor, el par útil T ( torque) en Nw m, en
el eje de la máquina será el cociente entre Pu y la velocidad angular de
giro ω = 2πn/60.
Si se desprecian las pérdidas mecánicas del motor, la potencia útil
coincide con la mecánica interna (Pmi). Usando la definición de
deslizamiento, se puede escribir como:
60
n
2π
P
T u
=
60
n
2π
P
T
1
a
=

60
n
2π
I
s
R
3
T
1
2,
2
,
2
=
Considerando las expresiones anteriores:
,
21cc
2
cc
2,
2
1
1
2
1
,
2
XXX
X
s
R
R
60
n
2π
V
s
R
3
T +=∴








+







+
=
Par en función de s que expresa el par en función de los parámetros del motor
La expresión anterior es útil ya que en el denominador figura la velocidad
del campo giratorio, que para un motor es constante si permanece
invariable la frecuencia de alimentación.




 ++±
±=
2
cc
2
11
1
2
1
máx
XRR2
60
n
2π
3V
T
El par máximo se encuentra haciendo dT / ds = 0
2
cc
2
1
,
2
máx
XR
R
s
+
±=
Sustituyendo la última expresión en la del par, resulta
• El “+” expresa el par máximo funcionamiento como motor y el “-” como
generador.

Curvas par velocidad de la máquina asíncronaCurvas par velocidad de la máquina asíncrona
• Observando la expresión anterior, el par máximo no varía cuando cambia
la resistencia del rotor; sin embargo, el deslizamiento al cual se obtiene al
par máximo es proporcional a la resistencia del rotor, de aquí se deriva
una cuestión técnica de gran importancia, variando la resistencia del rotor
por introducción de resistencias adicionales (aplicable a máquinas con
rotor devanado y anillos) se puede conseguir que el par máximo se
obtenga a una velocidad deseada; en particular, si se logra smax = 1, se
obtiene el par máximo en el arranque.
• En la siguiente figura se expresa T = f(s) denominado par-deslizamiento o
par-velocidad de la máquina asíncrona.
• Se expresan dos curvas diferentes a y b según sea el valor de la
resistencia del rotor.
• La curva par velocidad que se obtiene de la resistencia propia del rotor
constituye la característica natural del par, mientras que las curvas con
la inserción de resistencias externas se denomina característica artificial.

Ta = par de arranque
Tmax = par máximo
S = deslizamiento máximo

2
cc
2
1
,
2
máx
XR
R
s
+
=
• Para la característica natural.
• Para la característica artificial (inserción resistencias externas en el
rotor), donde RT2’ = R2’ + Rext’.
Dividiendo las expresiones:
2
cc
2
1
,
T2'
máx
XR
R
s
+
=
'R
R
s
s
2
,
T2
'
máx
'
máx
=

Régimen motor de la máquina asíncronaRégimen motor de la máquina asíncrona
• Es el rango más característico y corresponde al rango de
deslizamiento comprendido entre 0 (velocidad sincronismo) y 1 (rotor
bloqueado). Se tiene lo siguiente:
1. La potencia mecánica interna es positiva. Se transmite energía
mecánica al eje.
2. La potencia en el entrehierro es positiva. El par electromagnético es
positivo.
3. La potencia del entrehierro es positiva indica que se transfiere energía
del estator al rotor. La potencia eléctrica que absorbe de la red
eléctrica es positiva.
• En la siguiente figura se presenta en detalle la zona de deslizamiento
entre 0 y 1.

Punto O
Punto C
Punto B
Punto D Punto C
S=1
Inestable
Estable
Tmax
Deslizamiento (s)
Velocidad rotor (n)
smax

• Punto 0. Funcionamiento en sincronismo: si s=0 ⇒ T=0 (la máquina
a esta velocidad no podría vencer los pares resistentes de
rozamiento).
• Punto A. Régimen asignado o nominal: s=sn ⇒ T=Tn (velocidad
nominal que corresponde al par nominal o asignado o de plena carga,
produce generalmente deslizamientos entre el 3 y 8%).
• Punto C. Funcionamiento con par máximo: s=smax ⇒ T=Tmax
(representa el par máximo o critico del motor y se produce para
deslizamientos comprendidos entre el 15 y 30%).
• Punto D. Régimen de arranque: s=1 ⇒ T=Ta (la velocidad es cero y
corresponde al para de arranque).

Régimen de freno de la máquina asíncronaRégimen de freno de la máquina asíncrona
• El régimen de frenado se produce para deslizamientos superiores a la
unidad (1), lo que corresponde a velocidades negativas.
• En esta situación el rotor gira en sentido contrario al campo giratorio, la
maquina recibe energía de la red y energía mecánica por el eje (el
desplazamiento s>1 comprendido normalmente entre 1 y 2). En estas
condiciones:
a) La resistencia de carga Rc’ se hace negativa y por tanto es negativa la
potencia mecánica interna. La maquina recibe energía mecánica por el eje.
b) La potencia de entrehierro es el cociente de dos cantidades negativas, por
tanto Pa es positiva y el par electromagnético es positivo.
c) Si la potencia del entrehierro es positiva, quiere decir que se transfiere la
energía en sentido estator – rotor. Por ello la potencia que se absorbe de la
red es positiva.

Régimen de freno de la máquina asíncronaRégimen de freno de la máquina asíncrona
• El régimen de frenado se utiliza en la practica cuando se desea parar
rápidamente el motor.
• La maniobra se realiza invirtiendo dos fases de alimentación de forma que
el campo giratorio se invierte forma súbita tratando de invertir el giro del
rotor.
• Este método de frenado del motor recibe el nombre de frenado en
contracorriente.
• Al invertir dos fases, el deslizamiento respecto al nuevo campo giratorio
será:
• El rotor al estar girando en sentido contrario al campo, disminuirà
gradualmente la velocidad y cuando llegue a 0 deberá desconectarse de
la red.
s2
n
n
1
n
(-n)-n
s
11
1'
−=+==

Arranque de motoresArranque de motores
• Arranque proceso de puesta en marcha de una máquina eléctrica.
• Es necesario que el par de arranque sea superior al par resistente de la carga,
obteniendo un momento de aceleración.
• El arranque tiene como resultado una elevada corriente ya que Rc’ es nula en el
instante inicial.
• Normas españolas determinan límites de la relación de corriente de arranque
vs. corriente de plena carga.
Potencia asignada al motor I arranque / I plena carga

Arranque directo de motores jaula de ardillaArranque directo de motores jaula de ardilla
• Motores de pequeña
potencia < 5 kW.
• En fábricas con trafos
MT/BT propios puede
llegarse a arranques
directos de motores de
hasta 100 HP.

Arranque por autotransformadorArranque por autotransformador
• Se intercala un
autotransformador.
• La tensión aplicada en
arranque es solo una
fracción.
• Puede realizarse en 2 o 3
pasos de tensiones (40,
60, 75 y 100%
equivalente a torque
arranque 16, 36, 56,
100%).
directoarranquedecorrienteI
tensiónfracciónxdonde
IxI
TxT
cc
cc
2
a
a
2
auta,
=
=
=
=

Arranque por autotransformadorArranque por autotransformador
• Si la tensión aplicada es el 70% de la tensión de red, la corriente en la red es
del 49% de la que se obtendría como arranque directo.
cc
2
motora,a
cc
1red
motora,
IxI*xI
primariaredlaencorrienteunaaientecorrespond
I*x
Zcc
V*x
I
==
==

Arranque estrella triánguloArranque estrella triángulo
• La máquina se conecta en estrella en el momento del arranque y se pasa después
a triángulo.
• La operación e realiza de manera automática usando contactores.
• Se usa en casos cuando el par resistente de la carga mecánica requiere en media
el 50% del par nominal como en bombas centrífugas, ventiladores, etc.

directoarranquedecorrienteI
I
3
1
I
T
3
1
T
3
1
T
cc
cca
aa
2
a,
=
=
=





=λ

• La corriente de arranque en estrella es la tercera parte de la corriente de arranque
que absorbería el motor si arrancaría en triángulo.
• Se puede usar en motores que tengan las conexiones en estrella y triángulo.
• Arranca en estrella y luego pasa a triángulo.
• Las cargas mecánicas industriales requieren de la relación Ta / Tn varía entre 1,2
y 2 por tanto el par de arranque varia entre 0,4 y 0,67 del par nominal.

Arranque de motores de rotor bobinadoArranque de motores de rotor bobinado
• Los motores de rotor bobinado
con anillos puede reducir la
corriente de arranque
introduciendo resistencias
adicionales en cada una de las
fases del rotor.
• La figura representa el uso de
un reóstato trifásico con los
devanados conectados en
estrella.
• En el arranque se introduce
toda la resistencia de esta
manera aumenta la
impedancia y se reduce la
corriente inicial.
• Conforme arranca el motor se
va reduciendo las resistencias.

• El control del arranque se puede realizar mediante contactores que siguen
un ciclo de operación cortocircuitando las resistencias por pasos.
Resistencias de arranque
Contactos de cortocircuito
Voltaje de
entrada
Ra’ Rb’ Rc’ Rd’

• La introducción de resistencias en el rotor modifica las curvas T=f(s), desplazando
el par máximo a valores de mayor deslizamiento, pero sin modificar el par máximo,
como muestra la figura (cuatro pasos de resistencias).
• El motor arranca con la curva "a" siguiendo la resistencia Rd’ según línea trazo
fuerte, conforme se va conmutando las resistencias, el par del motor pasa de una
curva a la siguiente como se indica en los puntos A, B y C hasta el punto de
'RXR'R
obtienesedondede
XR
'R'R
1s
2
2
cc
2
1adic
2
cc
2
1
adic2
max
−+=
+
+
==
Rd’ Rc’ Rb’ Ra’

Motores doble jaula de ardillaMotores doble jaula de ardilla
• Esta configuración es una variante del motor asíncrono para mejorar las
propiedades de arranque del motor.
• El estator es trifásico convencional, mientras que el rotor esta constituido por dos
jaulas de ardilla que generalmente disponen del mismo número de barras.
• La jaula externa situada más cerca del entrehierro tiene menor sección que la otra
y se construye con un material de alta resistividad (latón). La jaula interior se hace
de cobre electrolítico.
• Las dos jaulas están separadas entre si en cada ranura por medio de una rendija
delgada tendiente a aumentar los flujos de dispersión de la jaula interior,
consiguiendo de ese modo una jaula externa de alta resistencia y baja reactancia.
De este modo la corriente rotórica se distribuye en cada jaula dependiendo de las
impedancias.
Jaula externa
Jaula interna
b) Ranura profundaa) Doble Jaula

• En el arranque la mayor parte de corriente fluye por la jaula externa que tiene
menor impedancia, en éste caso el valor de la reactancia -por el alto valor de la
frecuencia rotórica igual a f1- predomina sobre la resistencia.
• En la operación normal (velocidad normal) las resistencias predominan sobre las
reactancias por el bajo valor de la frecuencia rotórica (f2), de este modo la mayor
parte de la corriente circula por la jaula interior que tiene menos resistencia.
• En el arranque la resistencia es alta, el par de arranque es alto y la corriente es
baja. En operación normal la resistencia es baja obteniéndose buenos
rendimientos.
• Otra forma constructiva es dotar con una simple jaula con ranuras profundas en
las que se introducen conductores rectangulares o trapezoidales. El cambio de la
resistencia con la frecuencia se debe a las corrientes parasitas o de Foucault que
se inducen en las barras, que son muy altas en el arranque por la frecuencia alta
en el rotor y despreciables a velocidades normales. El comportamiento de este tipo
de rotor es similar al de doble jaula de ardilla.

• Si se desprecian los efectos de inductancia mutua entre las jaulas y se considera
lineal el cambio de sus reactancias con las frecuencias (despreciar el efecto
pelicular), se considera aceptable el circuito de la figura.
• El cálculo de potencias y pares se realiza teniendo en cuenta ambos circuitos
rotóricos.

Regulación por variación de frecuenciaRegulación por variación de frecuencia

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