FUNDAMENTO TEORICO EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS

EL MAGNETISMO

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectadas fácilmente como el níquel, hierro, cobalto. Y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes .sin embargo dos materiales son influidas, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

MATERIALES MAGNETICOS

Las propiedades magnéticas macroscópicas de un material lineal homogéneo e isótropo, se define en función del valor de la susceptibilidad magnética xm. Que es un coeficiente adimensional que expresa la proporcionalidad entre la imantación o magnetización M y la intensidad del campo magnético H.

M = X mH [Am ]

Los materiales se clasifican en:

Materiales Diamagnéticos si ur ≈ 1 (xm es del orden de - 10−5)

Materiales Paramagnéticos si ur ≈ 1 (xm es del orden de - 10−3 )

Materiales Ferromagnéticos si ur ≫ 1 (xm es del orden de elevado)

ur Permeabilidad relativa.

MATERIALES DIAMAGNETICOS

La disposición de los electrones de cada átomo es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.

MATERIALES PARAMAGNETICOS

Este tipo de material no presenta la anulación global de efectos magnéticos por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general, arbitraria y el efecto global se anula.

Así mismo si el material paramagnético se somete a la acción de un campo magnético inductor, el campo magnético inducido en dicha sustancia se orienta en el sentido de campo magnético inductor.

MATERIALES FERROM AGNETICAS

Reciben esta denominación aquellos materiales que tienen imanaciones grandes aun presencia de campos magnéticos muy débiles. A la temperatura ambiente y por encima de ellos solo hay tres elementos:

- Hierro

- cobalto

- Níquel

Y aleaciones y algunos de tierras raras ()

ELECTROMAGNETISMO

Es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo cómputo por James Maxwell.

La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales, vectoriales que relacionan

El campo eléctrico, campo magnético y sus respectivas fuentes materiales.

Electromagnetismo es una teoría de campos Electro magnetismo describe los fenómenos físicos, microscópicos en los cuales intervienen

cargas eléctricas en reposo y movimiento usando por ellos campos eléctricos y magnéticos . y sus efectos sobre la sustancia sólida, liquida y gaseosos.

EL SOLENOIDE

Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético sumamente uniforme e intenso en su interior y muy débil en el exterior.

En la práctica, una aproximación real aun solenoide es un alambre aislado, de longitud finita enrollado en forma de hélice (bobona) o un número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esta sucede, se genera un campo magnético dentro de la bobina tanto más uniforme cuanto más larga sea la bobina.

La bobina con un núcleo apropiado, se convierte en un electroimán.

Leyes básicas que gobiernan el solenoide

Ley de Faraday Ley de Ampere

1.- LEY DE FARADAY

La ley de inducción de Faraday afirma que.

Si un conductor se mueve en un campo magnético , cortando las líneas de campo magnético se genera un fem la que se mide en voltios .

La fuerza electromotriz inducida es igual a la variación de flujo magnético por unidad de tiempo.

Matemáticamente esta ley se expresa así.

ε = −d∅dt → i =

1R

d∅dt E =

N .d∅dt

Donde R es la resistencia del circuito.

Aportación de Lenz

“El sentido de la corriente inducida es tal que opone siempre a la causa que la ha producido.

ε = −d∅dt → i = -

1R

d∅dt

2.-LA LEY DE AMPERE

La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto u0 por lo intensidad neta que atraviesa el área limitada ´por la trayectoria “

∮c

B.d1 = u0.i Ni = ∮H .Dl

Tenemos que tener en cuenta que esto se cumple siempre y cuando las corrientes sean continuas, es decir que no comienzan o terminan en algún punto finito.

Se puede aplicar en:

corriente rectilínea

∮B .de = ∮B .dICOS (0) = B.∮B .dI = B.2.π.r

B.2.π.r = u0.i → B = u0 . i2.π . r

Aplicado a un solenoide.

B = u0 .i .R.

Aplicado a un toroide

B = u .N . i2 πr

LEY DE BIOT SAVART

La ley de biot – Savart permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de forma cualquiera recorrido por una corriente de intensidad i.

“El modulo del campo magnético B producida por una corriente rectilínea indefinida, es directamente proporcional a la intensidad de la corriente e inversamente proporcional a la distancia “.

B = u0 .i4 π

∮ ut xur

r2dl

LEY DE LAPLACE:

Energía electromagnética

B = i. (Lx B )

ut : Vector unitario al circuito y que indica la dirección de la corriente en el elemento dl

ur : es el vector unitario que señala la posición del punto respecto del elemento de corriente.

Mediante la ley de Biot Savart es posible calcular la aportación al campo B de un elemento de corriente en un punto?

- Calculo de campo producido por una corriente rectilínea.

B = uo i2πR

- Calculo de campo producido por un elemento de corriente.

dB = uo i4 π

dl x rr2

- Calculo de campo producido por una espira.

B = uo i2π

LEY DE LORENTZ

Estudia las fuerzas ejercidas por un campo magnético y eléctrico sobre cargas en movimiento y corrientes eléctricas.

F = q (v x B)

Regla de la mano izquierda.

ECUACION DE MAXWELL

Una vez generalizada la ley de ampere Maxwell dedujo que las leyes experimentales de la electricidad y del magnetismo.

(coulomb , Gauss, Biot y Savart, Ampere y Faraday)

Podía deducirse matemáticamente en lo que se dio a conocer como:

Ecuaciones de Maxwell

La ecuación de Maxwell relacionan los campos eléctricos E y B con sus fuentes.

Las cuatro ecuaciones fundamentales son:

a) ∮s

.

E .ds = qE0

b) ∮s

.

B .ds = 0

c) ∮c

.

E .dl = d∅dt = -

ddt ∫

s

.

ds

d) ∮c

.

B .dl =u0.I + u0.E0 d∅ Edt = u0 I +U0 +E0

ddt∫s

.

Eds

e) F = q .E + q (v x B)

LA INDUCTANCIA

La inductancia 1 es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ∅ y la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por la bobina y el número de vueltas “N” del devanado.

L = ∅ NI

INDUCTANCIA MUTUA

Se llama inductancia mutua a efecto de producir una fem . En una bobina debido al cambio de corriente en otra bobina acoplada. la fem. Inducida en una bobina se describe mediante la ley de Faraday.

Son dos o más embobinados separados eléctricamente, pero que están expuestos a un mismo campo magnético (transformador)

INDUCCION PROPIA (autoinducción)

Es un fenómeno por el cual en un circuito eléctrico, una corriente eléctrica (intensidad) variables en el tiempo genera (en el circuito) otra fuerza electromotriz o voltaje inducido que se opone al flujo de la corriente inicial inductoras es decir tiene un sentido contrario.

Toda corriente de intensidad variable que circule por un conductor induce una fuerza electromotriz sobre el propio conductor que se opone a la variación que le produce.

GENERADOR ELECTRICO

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en energía eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator).

Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo , se genera una fuerza electromotriz (FEM) este sistema está basado en la ley de Faraday.

MOTOR ELECTRICO

Los motores eléctricos son máquinas giratorias que trasforman la energía eléctrica en energía mecánica, es decir que la energía eléctrica, está en posición de dar movimiento a una parte giratoria que se conoce como rotor y que transmite su movimiento a otros órganos mecánicos que accionan a las maquinas sobre los cuales actúan.

La entrada de los motores eléctricos está constituido físicamente por terminales de conexión atreves de los cuales recibe la energía eléctrica de la red y la sólida es el eje de rotación atreves del cual entrego energía mecánica en forma de movimiento de rotación el sistema mecánica requerida.

Tiene funcionamiento opuesto en cierto modo a la de los generadores.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN GENERADO

Basado en la ley de Faraday:

Ejm:

Dentro de un campo magnético introducimos una espira y la hacemos girar provocaremos la corriente inducido, esta corriente inducida es la responsable de fem.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR ELECTRICO

Basado en la ley de Ampere:

Establece que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, este ejerce una fuerza mecánica.

EFICIENCIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS

n = pu

Pabs = PsalidaP entrada

MAQUINAS ASÍNCRONAS O DE INDUCCIONLlamadas también máquinas de inducción, su aplicación se da como uso deMotores eléctricos que pueden ser 2φ, 3φ según sea su corriente de alimentación, se basa en el principio de la interacción electromagnética entre los campos giratorios producido en el estator y el rotor Dependiendo del tipo de excitación puede ser de campo pulsante, campo giratorio u campo alterno. Esta maquinas se caracterizan por que su velocidad puede sufrir variaciones sensibles de carga El estator (inductor), es la parte fija de la máquina y está constituida por un núcleo magnético donde se encuentran las ranuras y están alojadas las bobinas que están conectadas a una fuente de alimentación La máquina asíncrona o de inducción al igual que cualquier otro dispositivo de conversión electromecánica de la energía de tipo rotativo, está formada por un Estator y un rotor.

En el estator se coloca normalmente el inductor, alimentado por una red Bifásica o trifásica. El rotor es el inducido, y las corrientes que circulan por ella aparecen como consecuencia de la interacción con el flujo del estator.

MOTORES ELECTRICOS DE INDUCCION Motores Asíncrono o de inducción Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

1) MOTORES TRIFÁSICOS

- Se fabrican de las más diversas potencias.- Características de velocidad sensiblemente constante- Característica de par ó torque que varía ampliamente según los diseños- Se construye para operar a todas las tensiones y frecuencias de servicio normalizadas. 1.1) CONSTITUCIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO

- Se compone de 3 partes, principalmente: estator, rotor y escudos.- Estator compuesto de una carcasa de fundición, un núcleo formado por chapas magnéticas, y un arrollamiento constituido por bobinas individuales alojadas en las ranuras del núcleo.- El rotor puede ser del tipo jaula de ardilla o bien bobinado.

1.2) MÁQUINA ASÍNCRONA TRIFÁSICA

La máquina asíncrona trifásica representa un transformador en el caso que esté con rotor fijo. Se distingue del transformador normal sólo por la existencia de un devanado repartido en el estator y en el rotor y la existencia de un entrehierro ( espacio de aire).“La máquina asíncrona está sometida al principio de reciprocidad y puede funcionar en régimen de motor y en régimen de generador”.El estator de la máquina asíncrona trifásica es análogo al de una máquina síncrona trifásica y en él se coloca un devanado trifásico semejante, que se conecta a la red trifásica de corriente alterna.

Por su construcción del devanado retorico tenemos dos tipos:

a) con colector.b) sin colector.

La máquina asíncrona sin colector es la principal (la que más se usa) el rotor de la máquina asíncrona representa un cuerpo cilíndrico compuesto de chapas de acero al silicio con ranuras para instalar el devanado. Se distingue

a) las máquinas asíncronas con rotor bobinado o rotor devanado ó anillo deslizantes En este tipo los devanados rotórico y estatórico son similares. Los devanados en los rotores se conectan generalmente en estrella y sus terminales se sacan a través de anillos de colector y escobillas al exterior al reóstato de arranque.En el caso del rotor devanado y con anillos, tiene un arrollamiento trifásico similar al situado en el estator ya que el rotor tiene siempre el mismo número de polo del estator, donde las tres fases se conectan por un lado en estrella y por el otro se envían a unos anillos deslizantes de colector y escobilla aislados entre sí, al exterior del reóstato de arranque. Esta disposición hace posible la introducción de resistencias externas por los anillos para limitar la corriente de arranque, mejorar las características del par y controlar la velocidad. El devanado retorico es idéntico al de una dinamo con su correspondiente colector que puede ser:

En corto circuito, constituyendo un motor de repulsión En relación directa con la red de alimentación, constituyendo los motores Series o los

combinados (repulsión-serie).Estas máquinas tienen un par de arranque alto y una corriente de arranque baja.El control de la velocidad es más óptimo debido a los elementos externosConectados a los anillos deslizantes.

En este tipo los devanados rotórico y estatórico son similares. Los devanados en los rotores se conectan generalmente en estrella y sus terminales se sacan a través de anillos de colector y escobillas al exterior al reóstato de arranque.

b) las máquinas asíncronas con rotor en cortocircuito o de jaula de ardilla o sin escobillas

Constituidas por barras conductoras de cobre o aluminio puestas en corto circuito en ambos extremos por medio de anillos laterales conductores.Se dividen éstas en 3 modificaciones principales:

Con rotor en simple jaula de ardilla. Con rotor de gran reactancia (llamadas también de corriente foucault). Con rotor de doble jaula de ardilla.

Estos tipos de máquinas difieren uno de otro, por sus particularidades de arranque.

1.3) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA ASÍNCRONA

El funcionamiento de una máquina asíncrona se basa en el principio de la interacción electromagnética entre el campo magnético giratorio, creado por un sistema de corrientes trifásicas suministrada desde la red al devanado del estator y las corrientes que se inducen en el devanado del rotor cuando el campo giratorio cruza sus hilos conductores. Así pues el trabajo de la máquina asíncrona por su esencia física es semejante al funcionamiento de un transformador considerando el estator como devanado primario y el rotor como devanado secundario que en el caso general puede girar a una velocidad “ωm”.Cuando el campo giratorio tiene carácter sinusoidal su velocidad de rotación es:

p' = Número de pares de polos.S ω = velocidad del campo giratorio.f = frecuencia de la red.P =Números de polos.

La interacción electromagnética entre ambas partes de la máquina asíncrona (sin colector) sólo es posible cuando las velocidades del campo giratorio (ws) y del rotor wm son distintas es decir a condición de que ws≠ wm puesto queSi ws¿ wm el campo sería inmóvil con respecto al rotor y en el devanado del rotor no se inducirá corriente alguna.

1.4)CONEXIONES EN MOTORES DE INDUCCION TRIFASICA

2) MOTOR DE INDUCCION MONOFASICO

Basicamnete ,un motor de induccion monofasico esta formado por un rotor en jaula de ardilla analogo al de los motores trifasicos y un estator en el que se dispone un debanado alimentado con c.a monofasico . normalmente se construyen con potencias inferiores al 1cv y por ello reciben tambien el nombre de motores fraccionarios .

2.1)ARRANQUE DE MOTORES MONOFASICOS DE INDUCCION

Los prosedimientos de arranque de los motores asincronos monofasicos que constetuyen los diversos tipos existentes en el mercado son:

a) motores de fase partida

en este motor se situan en el estator dos debanados desfasados 90 grados electricos en el esspacio (fig. 4.45) el primer debanado , denominado prinsipal cubre los 2/3 de las ranuras y tiene gran reactancia y baja resisitencia mientras que el otro , denominado auxiliar , cubre el resto del estator y tiene alta resistencia y baja reactancia (se realiza con hilo m as delgado), de tal forma que esta en serie con un interruptor centrifugo situado en el eje del motor .

b) motor con arranque por condensador

En este tipo dee motor , el debanado auxiliar lleva en serie un condensador (fig. 4.47) . el empleo de este condensador tiene grandes ventajas , ya que puede conseguirse desfaces en la s corrientes de las bobinas que se acercan casi alos 90 grados.

c) motor con espira de sombra o polo sombreado

constituye el modelo mas sencillo y corresponde al tipo de motor monofasico mas pequeño . esta formado por un estator de polos salientes que dispone de un debanado consentrado alimentado por un red monofasica y un rotor en forma de jaula de ardilla.

CONCLUCION

En Resumen las maquinas eléctricas de inducción es una de las componentes importantes en una instalación eléctrica, por su bajo costo, bajo mantenimiento y sus altas prestaciones, siendo su aplicación en el accionamiento de velocidades variables utilizadas en el sector industrial, trayendo consigo la progresiva automatización de los procesos, que es el factor decisivo en el desarrollo industrial, donde se requiere una rápida respuesta del Par, por lo que el estudio del comportamiento dinámico de esta máquina eléctrica, tiene importancia en su diseño como en sus elementos y algoritmos de control, que van a depender de la exactitud del modelo elegido que se ajusta a la realidad, considerando la estimación del valor correcto de los parámetros que intervienen de preferencia en tiempo real.

ENSAYOS DE VACIO Y DE ROTOR BLOQUEADO

Las constantes del circuito equivalente del motor de inducción pueden obtenerse de una prueba hecha con el motor girando libre y de la prueba de rotor bloqueado. Estas pruebas son equivalentes a las pruebas de vacío y de cortocircuito del transformador.

1.1) Prueba de vacío:Se aplica una tensión nominal a frecuencia nominal al estator de tal modo, que el motor gire sin carga. Se toman entonces las medidas de tensión, corriente y potencia de entrada al estator.Debido al bajo valor del deslizamiento en vacío, la resistencia dinámica es tan alta, que la corriente del rotor en vacío es despreciable. Sin embargo, una pequeña corriente del rotor, que puede despreciarse, está presente en motores prácticos incluso a cero deslizamientos debido a las armónicas en la onda de densidad de campo y a una ligera no uniformidad en el entrehierro.Para la prueba de vacío de un motor trifásico, los instrumentos de medición se colocan en la forma indicada en la Figura 8.9. Sea:Vo: la tensión nominal de línea (V)lo :la corriente de línea (A)Wo: la potencia total de entrada (W)Re: la resistencia del equivalente monofásico del estator (Ω).

Además:

El ensayo en vacío es normalmente un ensayo de rutina que el fabricante realiza sobre toda la producción, ya que le sirve para evaluar:• Si el motor gira y alcanza su velocidad de vacío en el sentido de giro adecuado.• Si la corriente de vacío es la especificada. Si se obtienen valores muy distintos, cabe pensar en errores de conexión internos de los bobinados estatóricos o en la caja de conexiones, en los motores provistos para distintas conexiones.• Si son prácticamente iguales las corrientes de las tres fases. Cuando ello no ocurre, indica una simetría en el bobinado estatórico, que puede ser debida a inversiones o errores en las conexiones de

bobinas, cortocircuito entre espiras o fases, etc., la que generalmente es acompañada de sobre corriente y calentamiento excesivo del motor.• Si el motor gira sin que se detecte inconvenientes de tipo mecánico, como rozamientos entre las partes móviles y las fijas, ruido anormal en los rodamientos, vibraciones exageradas, etc. En los motores con cojinetes a fricción se verifica también el centrado

Magnético axial que, si no coincide con el mecánico, origina un empuje que desubica el rotor.Como ensayo de recepción, se obtienen las pérdidas mecánicas y en el hierro estatórico que intervienen en la determinación del rendimiento por el método indirecto y en el trazado del diagrama circular.Pero quien reciba un motor, debe prestar atención también a las observaciones citadas previamente para el fabricante debido a que aportan una idea de los estados eléctrico, magnético y mecánico del motor.

1.2) Prueba de rotor bloqueado:

Este ensayo se hace con el rotor trabado, es decir, evitando que gire (s=I).Para motores convencionales de jaula de ardilla simple, menores de 20 kW nominales, sin incluir las máquinas de doble jaula de ardilla o de barras profundas, se aplica al estator una tensión reducida a frecuencia nominal. La tensión se ajusta para producir aproximadamente una corriente nominal. Una tensión nominal daría como resultado una corriente excesiva que saturaría las trayectorias del flujo de dispersión a través de los dientes del estator y del rotor, dando lugar a menores valores que los normales de la reactancia de dispersión.Adicionalmente, a menos que se sostenga por un corto período, la corriente excesiva sobrecalentará los embobinados.Para la prueba de rotor bloqueado de un motor trifásico, con los instrumentos de medición colocados en la forma que aparece en la Figura 8.10, sea:

Icc: la tensión reducida de línea (V)

Icc: la corriente nominal de línea (A)

Pcc:la potencia de entrada (w)

Además Ensayo a rotor bloqueadoAunque el proceso de arranque de un motor es un fenómeno transitorio, los parámetros más significativos, los que aparecen en el momento de la conexión, se obtienen de un ensayo a rotor bloqueado.

No es un ensayo de rutina del fabricante, puesto que de sus resultados se verifican fundamentalmente características de diseño y solamente algunas constructivas referentes al rotor, para el cual, cualquiera sea su tipo (jaula de ardilla inyectada en aluminio, o de cobre soldada o bobinada), es común emplear satisfactorias tecnologías de fabricación.Sin embargo, es éste un ensayo típico de recepción, pues permite al usuario comprobar la correspondencia entre los valores especificados y los reales de la corriente y el par de arranque a cuya importancia ya se hiciera mención.Además, los valores determinados en este ensayo se emplean en la construcción del diagrama circular.

2) DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE

2.1) Uso de los valores medidos en el ensayo de vacíoDebido a que la corriente de vacío del rotor es despreciable, el circuito del rotor en este ensayo puede omitirse del circuito equivalente en la Figura 8.11(a), resultando el circuito de la Figura 8.11 (b), en donde Zm está representado por una impedancia equivalente serie para facilitar la evaluación de las reactancias y resistencias del motor.

La resistencia Rfe en la figura 8.11(a) toma en cuenta no solo las perdidas en el hierro , sino también las perdidas mecánicas.

Con los valores medidos en este ensayo , se puede determinar el circuito equivalente monofásico, tal como aparece en la figura 8.11 (c);

En donde Re es la resistencia del estator tomada como el valor de corriente continua. La resistencia Re>> Xm, de modo que la resistencia rM

Las pérdidas rotacionales, es decir, la suma de las pérdidas mecánicas más las pérdidas en el hierro, se encuentran restando las pérdidas por efecto Joule en el cobre del estator de la potencia de vacío medida a las entradas:

2.2) Uso de los valores medidos en el ensayo de rotor bloqueado

Este ensayo permite encontrar directamente los valores de Xe, X´r, R´rEl circuito equivalente se muestra en la Figura 8.12 (a), pudiendo reducirse al circuito equivalente serie de la Figura 8.12 (b) para facilitar la evaluación de los parámetros.

Con los valores medidos en este ensayo se puede determinar el circuito equivalente monofásico , tal como se muestra en la figura 8.12(c):

Cuando el rotor está trabado , la corriente de exitacion es pequeña comparada con las corrientes de estator Icc , la reactancia de dispercion del rotor X´r es solo ligeramente mayor que X2, y

3) CONCLUCION

Estas pruebas son muy importantes porque nos permite conocer y asegurar el funcionamiento correcto de la máquina.

ARRANQUE DE MOTORES

Para que se produzca el arranque es necesario que el par de arranque del motor sea superior al par resistente de la carga, de esta manera se produce una aceleración que hace girar el motor a una velocidad cada vez mayor, obteniéndose el régimen permanente cuando se igualan el par motor y resistente.En el arranque se produce una elevada corriente a I (en el circuito equivalente la resistencia de carga vale. Para reducir las corrientes en el momento del arranque se emplean diferentes métodos como veremos a continuación.

CONEXIONADOLos motores asíncronos trifásicos son motores biten Sión, puede conectarse a dos tensiones de red diferentes, de 220/380 V. La tensión menor indica la tensión de fase nominal, o sea, la máxima tensión a aplicar al bobinado. Un exceso de tensión puede provocar perforaciones en el aislamiento y/o sobrecalentamiento, reduciendo drásticamente la vida útil. Una tensión demasiado pequeña reduce en un tercio potencia útil del motor. Así, ante una red con la tensión menor conectaremos el motor en triángulo, y ante una red con la tensión mayor lo conectaremos en estrella.

Fig. 3:

1) ARRANQUE DE MOTORES TRIFASICOS

A los efectos de reducir la corriente que toma en el momento de arranque este tipo de motores, la cual puede afectar a las instalaciones anexas al mismo, los sistemas que se utilizan son los siguientes:

1.1) MOTORES CON ROTOR JAULA DE ARDILLA

1.1.1) ARRANQUE DIRECTOSe puede realizar siempre que la red pueda suministrar la corriente de arranque, sin afectar otras instalaciones anexas (como computadoras, flujo luminoso en instalaciones de iluminación por efectos de la caída de tensión, etc.).Se utiliza normalmente en motores de pequeña potencia.Para reducir la corriente de arranque, se aplica a los motores en el momento de arranque una tensión menor a la nominal o de plena potencia. Se debe tener en cuenta que la cupla motora se ve reducida con el cuadrado de la tensión aplicada, por lo que se debe verificar que la cupla resistente sea inferior a esta.

1.1.2) ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA

Para reducir la corriente de arranque, se aplica a los motores en el momento de arranque una tensión menor a la nominal o de plena potencia. Se debe tener en cuenta que la cupla motora se ve reducida con el cuadrado de la tensión aplicada, por lo que se debe verificar que la cupla resistente sea inferior a esta.

ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULOEl mismo consiste en arrancar el motor con sus bobinados conectados en estrella y luego que alcanza una cierta velocidad, cambiar la conexión a triangulo, recibiendo plena tensión.Con esto se logra reducir la corriente de la línea a la tercera parte, pero también la cupla se reduce a la tercera parte.En la figura 8.45 a y 8.45 b se ven las curvas de cupla y corriente en el proceso de arranque.Este sistema se utiliza para arrancar en vacío o con par resistente débil. En la figura

8.46 se presenta el esquema eléctrico de comando con las protecciones correspondientes.Figura 8.46 Esquema eléctrico de arranque estrella trianguloLa secuencia

Figura 8.46 Esquema eléctrico de arranque estrella triangulo

Se cierra la llave seccionadora para habilitar con tensión al sistema Se cierra el contacto K2, con lo cual se forma el centro de estrella de las bobinas del motor. Se cierra el contactor K1 con lo cual el motor recibe tensión del sistema de alimentación y se

produce el arranque. después de un cierto tiempo predeterminado de acuerdo al tipo de motor, se abre el contactor

K2 y se cierra el K3 con lo cual los bobinados se conectan en triangulo y trabaja a plena potencia.

Mediante este sistema, la tensión de arranque se puede reducir al valor que se desee de acuerdo a las necesidades. En la figura 8.47 se ha dibujado el esquema eléctrico correspondiente.

ARRANQUE CON RESISTENCIA O REACTANCIAS INDUCTIVAS EN SERIE CON EL ESTATOR

Aquí la tensión se reduce debido a la caída de tensión en la impedancias que colocan en serie con las bobinas estatoricas. En la figura 8.48 se observa el esquema eléctrico de este tipo de arranque.

ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR

Mediante este sistema, la tensión de arranque se puede reducir al valor que se desee de acuerdo a las necesidades. En la figura 8.47 se ha dibujado el esquema eléctrico correspondiente.

En este caso al cerrar los contacto res K1 y K2, el motor recibe una tensión preestablecida a través del autotransformador, después de un cierto tiempo se abren dichos contactores y se cierra el K3, con lo cual el motor trabaja a plena tensión.

1.2) MOTORES CON ROTOR BOBINADO

En este tipo de motores, el arranque se efectúa agregando resistencias al rotor, con lo cual se reduce la corriente de arranque y además se aumenta la cupla de arranque. Las resistencias se van quitando a medida que el motor toma velocidad, para quedar totalmente excluidas en funcionamiento normal (de lo contrario en las mismas se tendría un valor de perdidas indeseable). Un esquema eléctrico de este tipo de motor es el de la figura 8.50.

El motor arranca con máxima resistencia incluida en el rotor o sea con los contactores K2 y K3 abiertos y luego se cierran primero el K3 y luego el K2, con lo que quedan totalmente eliminadas

Este sistema utiliza un juego de tiristores, montados de a pares y en oposición de fase. En función del instante y del Angulo de encendido de los tiristores, se puede variar la tensión aplicada al motor. En la figura 8.51 se muestra la forma de actuar del sistema.

2) ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS MONOFÁSICOS

Los motores asíncronos pueden estar preparados para ser alimentados mediante una red trifásica, como hemos visto en capítulos anteriores, o mediante una red monofásica.Este tipo de motores presentan unos rendimientos, factores de potencia y pares de arranque inferiores a los trifásicos, por lo que su uso está restringido a instalaciones domésticas, o pequeñas instalaciones monofásicas.Internamente están compuestos por un estator similar al del motor trifásico, pero con un solo bobinado (para sólo una fase), y un rotor de jaula de ardilla. Si observamos la figura 6 del capítulo M.2 comprobamos que un solo bobinado no puede crear un flujo magnético rotatorio. Es decir, que si introducimos un rotor en su interior, no producirá ningún tipo de fuerza. Sin embargo, si éste mismo rotor estuviera girando, sí que aparecería un par de fuerzas que mantendría el giro del motor. En resumidas cuentas, que necesita un mecanismo de arranque para que pueda funcionar.Una vez el motor monofásico ha arrancado, se comporta muy similar al motor trifásico. Su velocidad de asincronismo es ligeramente inferior a la frecuencia de red, puede estar constituido por uno varios pares de polos (2 es lo más frecuente), y su curva par motor se asemeja a la del motor trifásico.Los métodos de arranque más frecuentes son:

A) ESPIRA DE SOMBRA

Colocando una pequeña bobina de arranque en cortocircuito y desfasada un pequeño ángulo con el bobinado principal o de trabajo, se consigue desfasar ligeramente el flujo magnético, creando un pequeño par de arranque. Su aplicación se limita a pequeñas potencias (200W) y cargas ligeras (ventiladores…).B) FASE PARTIDA

Alojado en el estator, y desfasado 90º eléctricos con el bobinado principal, encontramos el bobinado auxiliar. Este bobinado tiene una auto-inductancia menor que el bobinado principal, de forma que al conectar ambos bobinados a la red monofásica, los flujos creados están un poco desfasados, creando un par de fuerzas de arranque. Una vez arrancado, este bobinado se puede desconectar mediante un interruptor centrífugo, o similar, para evitar que entorpezca el correcto funcionamiento del motor en movimiento.Se utiliza para cargas un poco más elevadas (compresores…)

C) FASE PARTIDA CON CONDENSADOR

Para conseguir un par de fuerzas más elevado colocamos en serie con el bobinado auxiliar un condensador de arranque. Se aplica a cargas altas (bombas de agua, tracción,…)

CONCLUCION

En Resumen las maquinas eléctricas de inducción es una de las componentes importantes en una instalación eléctrica, por su bajo costo, bajo mantenimiento y sus altas prestaciones, siendo su aplicación en el accionamiento de velocidades variables utilizadas en el sector industrial, trayendo consigo la progresiva automatización de los procesos, que es el factor decisivo en el desarrollo industrial, donde se requiere una rápida respuesta del Par, por lo que el estudio del comportamiento dinámico de esta máquina eléctrica, tiene importancia en su diseño como en sus elementos y algoritmos de control, que van a depender de la exactitud del modelo elegido que se ajusta a la realidad, considerando la estimación del valor correcto de los parámetros que intervienen de preferencia en tiempo real.además las pruebas del vacío y rotor bloqueado que se realizan son muy importantes porque nos permite conocer y asegurar el funcionamiento correcto de la máquina.

El conexionado también es importante para reducir la corriente en el momento de arranque del motor.

BIBLIOGRAFIA

Maquinas eléctricas tercera edición Stephen J. Chapman Maquinas eléctricas quinta edición Jesus fraile Mora Libro Maquinas UNI_FIEE_MAQ Maquinas eléctricas tercera edición de Stephen J. Chapman Maquinas eléctricas rotativas de Federico Vargas Machuca --Saldarriaga