martes, 9 de septiembre de 2008

Características de los motores de inducción asíncrono

Principio de funcionamiento.

El principio de este tipo de motor podemos ilustrarlo mediante el siguiente dibujo, un imán permanente queda suspendido encima de un disco de aluminio que pivota sobre un cojinete en una plancha de hierro.

El campo magnético del imán permanente pasa a través del disco de aluminio y se cierra por la plancha de hierro.
Cuando hacemos girar el imán el disco de aluminio que está debajo gira con él, debido a las corrientes de Foucault producidas por el movimiento relativo entre el disco (un conductor) y un campo magnético, por la ley de Lenz el sentido del voltaje inducido en el disco de aluminio y sus corrientes de Foucault consecuentes origina un campo que tiende a oponerse a su causa o a la fuerza o movimiento que produjo el voltaje inducido.

Como podemos apreciar en el dibujo las corrientes de Foucault inducidas tienden a producir un polo sur en el disco en el punto situado bajo el polo norte giratorio del imán permanente y un polo norte en el punto sito bajo el polo sur giratorio del imán.

Siempre que el imán continúe moviéndose se producirán corrientes de Foucault inducidas y polos de polaridad opuesta en el disco situados debajo de él, por tanto el disco gira en el mismo sentido que el imán, pero debe girar a una velocidad menor porque si no, no existiría movimiento relativo entre el disco y el campo magnético y no se producirían corrientes inducidas.

Como hemos establecidos anteriormente, la velocidad del disco (sería el rotor de la máquina) NO debe nunca ser igual a la velocidad del imán (el campo magnético en el motor lo produciría el estator) porque si no la tensión inducida sería cero y no se produciría flujo magnético o par.

Todo esto determina dos velocidades:

1. La velocidad de sincronismo del campo magnético giratorio, (este se encontraría en el interior del estator justo en el espacio que ocupa el rotor e, insisto, es un campo magnético giratorio) principalmente función de la frecuencia y los pares de polos de la máquina.

2. La velocidad de “deslizamiento” a la que el disco (rotor de la máquina) gira por la interacción de su campo y el campo magnético giratorio.

A la diferencia entre las dos velocidades lo llamamos deslizamiento y se expresa en porcentaje de la velocidad de sincronismo, es por eso que a esta máquina la denominamos asíncrona porque su rotor no gira a la velocidad de sincronismo del campo magnético producido por el estator.

Por tanto la velocidad de sincronismo;

Como es fácil de observar una máquina en una red de 50 Hz de;

- 1 par de polos su velocidad síncrona será de 3000 rev/min.
- 2 pares de polos 1500 rev/min.
- 3 pares de polos 1000 rev/min.
- 4 pares de polos 750 rev/min.
- 6 pares de polos 500 rev/min.
- 8 pares de polos 375 rev/min.

Para poder disponer de diversas velocidades en los motores asíncronos trifásicos o bien construimos motores donde mediante conexiones podemos variar los pares de polos, como sería el caso del motor Dahlender o bien actuamos sobre la frecuencia que es lo que más se está imponiendo hoy en día en la industria mediante los variadores de frecuencia.

Variador de frecuencia.

Por tanto el deslizamiento

Un ejercicio nos aclarará las ideas.

1)Disponemos de un motor de inducción trifásico que en su placa de características vienen los siguientes datos;
Pares de polos:1
Velocidad rotor: 2850 rev/min
Frecuencia: 50 Hz
Averiguar:

a) La velocidad de sincronismo.
b) El deslizamiento.
c) La velocidad de sincronismo si el motor pudiese funcionar a 60 Hz.


El motor de inducción de hecho se comporta como si se tratase de un transformador, su primario sería el estator, el entrehierro sería el aire que separa el estator-rotor, y su secundario sería el rotor.

Cuando el motor funciona en carga, los conductores del rotor cortan líneas de fuerza del flujo giratorio con una velocidad igual al deslizamiento absoluto, es decir, el valor de la fórmula de deslizamiento antes mencionada, pero sin multiplicarlo por 100, por tanto en el devanado rotórico se induce una tensión alterna senoidal, cuya frecuencia depende de la velocidad de corte de la líneas de fuerza, en este caso, el deslizamiento, por tanto podemos averiguar la frecuencia en el rotor;

2)Un motor de inducción tetrapolar que funciona a una frecuencia de 50 Hz tiene un deslizamiento del 5 %. Calcular la frecuencia del rotor a;

a) En el momento del arranque.
b) A plena carga.

En el momento del arranque el rotor está parado y el deslizamiento es igual a 1.



POTENCIAS EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN.

Tal como sabemos de física nada se crea ni se destruye sino que se transforma, en el motor de inducción sucede exactamente igual, toma una potencia de la red que llamaremos potencia total o absorbida, una potencia perdida en el motor y por último una potencia útil que es la que desarrolla el eje de la máquina. Por tanto;

La potencia perdida en la máquina es debida principalmente a:

- Pérdida de potencia en el hierro de la máquina; Corrientes de Focault, también llamadas corrientes parásitas o torbellino y pérdidas por histérisis magnética.
- Pérdida de potencia en los conductores de la máquina; Perdidas en el cobre por efecto Joule (P= R*I²)
- Perdidas mecánicas: rozamientos y ventilación de la máquina.

Las pérdidas en cualquier máquina se manifiesta en forma de calor, normalmente los fabricantes utilizan materiales y formas constructivas para que estas pérdidas sean lo más reducidas posibles.

Rendimiento de un motor.

Entendemos como rendimiento de un motor el cociente entre su potencia útil o desarrollada en el eje (este dato lo proporciona el fabricante mediante la placa de características del motor) y la potencia total o absorbida de la red, el resultado nos lo da en tanto por uno, que si multiplicamos por 100 nos dará el resultado en tanto por ciento.


Para motores pequeños el rendimiento es del orden del 60%, en los motores grandes oscila del 80 al 95 %

La potencia absorbida o total consumida por el motor;

La potencia reactiva es la necesaria para crear el flujo y producir la conversión electromagnética;

La potencia útil o desarrollada por el eje del motor será (esta potencia es la que indica la placa de características del motor);

La potencia nominal de un motor es aquella potencia que puede desarrollar el motor de forma permanente sin sobrepasar la temperatura de régimen para la cual ha sido diseñada la máquina y esto ocurre cuando el motor trabaja exactamente bajo todos los valores que especifica la placa de características, como esto no es así porque la potencia nominal depende de la carga que arrastra el motor, de la tensión, frecuencia de la red que pueden variar, etc. explica que el funcionamiento “real” del motor sea, normalmente, distinto del nominal.

Hacer un pequeño apunte con respecto a las potencias en diversas unidades, nosotros utilizamos el SI (sistema internacional de unidades) que utiliza el vatio o kilovatio, pero en motores también se suele utilizar el CV y el HP utilizado en países anglosajones, por tanto, sus equivalencias son;

1CV = 736 w = 0,736Kw
1HP = 745,7 w que se suele utilizar 746 w = 0,746Kw

Por tanto un CV NO ES IGUAL a un HP

Influencia de la altitud con la temperatura admisible en el motor.

La temperatura máxima admitida normalmente en los motores es de 40 º C, la altitud limita el valor máximo admitida por los motores en función de la siguiente tabla:

- De 0 hasta 1000 metros = 40ºC
- De 1000 m a 2000 = 35ºC
- De 2000 m a 3000 = 30 ºC

Influencia de la temperatura en la potencia del motor;

- T mayor o igual a 40ºC = Potencia nominal del motor.
- T mayor o igual a 45ºC = reducir la potencia un 8%
- T mayor o igual a 50ºC = reducir la potencia un 17%
- T mayor o igual a 55ºC = reducir la potencia un 25%
- T mayores a 55ºC = Consultar con el fabricante.

Denominación de la clase de aislamiento en los bobinados de motores eléctricos.

Los bobinados de las máquinas se pueden construir con diversos aislamientos que son definidos por la temperatura máxima que pueden aguantar sin deteriorarse, por tanto, en la placa de características viene indicado mediante una letra y su significado es;

- Aislamiento clase Y = Temperatura máxima admisible de 90º C.
- Aislamiento clase A = Temperatura máxima admisible de 105º C.
- Aislamiento clase E = Temperatura máxima admisible de 120º C.
- Aislamiento clase B = Temperatura máxima admisible de 130º C.
- Aislamiento clase F = Temperatura máxima admisible de 155º C.
- Aislamiento clase H = Temperatura máxima admisible de 180º C.
- Aislamiento clase C = Temperatura máxima admisible de más de 180º C.

Momento de rotación de un motor también llamado par.

No es otra cosa que la fuerza tangencial ofrecida por el rotor y es un dato necesario para las posibles aplicaciones o cargas que pueden ser acopladas al motor.

3) Disponemos de un motor asíncrono con la siguiente placa de características:

Potencia = 15 Kw
Tensión = 400 V
Frecuencia = 50 Hz
Rendimiento = 85 %
Cos φ = 0,85
Rev/min = 1450

Hallar:Intensidad consumida, Potencia absorbida, Potencia útil, Potencia perdida en el motor, par nominal desarrollado por la máquina, Deslizamiento.

La potencia útil nos lo proporciona la placa de características que son 15 Kw.

La intensidad absorbida de la red la conseguimos despejando la fórmula que ya conocemos;



La potencia absorbida de la red, se puede hallar por cualquiera de las dos fórmulas siguientes;



La potencia perdida;

El deslizamiento, como sabemos que la velocidad de eje del rotor es 1450 rev/min sin realizar ningún cálculo por intuición sabemos que la velocidad síncrona es 1500 rev/min, por tanto;




El par nominal de motor será;


Dada la importancia de este tipo de motor en sucesivas entradas pondré más características a tener en cuenta.

11 comentarios:

Anónimo dijo...

Fantástico, totalmente comprensible para una profana como yo.

Neonides dijo...

Realmente útil!!.Existe mucha información en Internet, pero ésta sobre motores es la mejor explicación que he encontrado.
Un saludo y felicidades por el blog!!

Viatger dijo...

Muchas gracias Neonides, cuando empecé el blog la idea es esa; que sea útil, sin tener que recurrir a pesadas explicacions y farragosas fórmulas matemáticas, aunque es cierto que habrán técnico/as que mis explicaciones las encuentren escuetas o que me dejo cosas fundamentales, pero bueno para ello hay obras de consulta mucho más específicas.

De nuevo, gracias.

Saludos,
Viatger.

Prakmaster dijo...

wenisima la paginaaaaaaaaaa grax

Anónimo dijo...

Impresionante explicación. Más didáctico imposible. Muchas gracias por compartir tus conocimientos.

Anónimo dijo...

me parerece bastante util su informacion, es bastante resumida y efectivo lo q se dice

Anónimo dijo...

Muy practico.
Muchas gracias.

lennin dijo...

Es bastante util la informacion, esta bien detallada y completa... muy buena.. 5*

Gaider Abdul Al-Hazred dijo...

Tipo: Increíble tu forma de explicar. Mis respetos, en serio. Saludos desde México DF.

Anónimo dijo...

buenisima la explicacion corta y precisa!! pero el deslisamiento del ultimo ejercio es de 3.33%
;)
con esta explicacion aclare un monton de dudas gracias :D

Anónimo dijo...

Gracias a esto voy a aprobar la materia :D gracias alejandro