Motor de Inducción

Se puede ilustrar el principio del motor de inducción se realiza de la siguiente forma:

Se suspende un imán permanente de un hilo sobre una tornamesa de cobre o aluminio que gira en un cojinete colocado en una placa fija de hierro. El campo del imán permanente se completa así a través de la placa de hierro. El pivote debería estar relativamente sin fricción y el imán permanente debe tener la suficiente densidad de flujo. Cuando gira el imán en el hilo, se observará que el disco que está debajo gira con él, independientemente de la dirección de giro del imán.

     El disco sigue el movimiento del imán, como se muestra en la figura debido a las corrientes parásitas inducidas que se producen por el movimiento relativo de un conductor (el disco) y el campo magnético. Por la ley de Lenz, la dirección del voltaje inducido y de las corrientes parásitas consecuentes produce un campo magnético que tiende a oponerse a la fuerza o movimiento que produjo el voltaje inducido.

Las corrientes parásitas que se producen tienden a producir a su vez un polo S unitario en el disco en un punto bajo el polo N giratorio del imán y un polo N unitario en el disco bajo el polo S giratorio del imán. Por lo tanto, siempre que el imán continúe moviéndose, continuará produciendo corrientes parásitas y polos de signo contrario en el disco que está abajo. El disco, por lo tanto, gira en la misma dirección que el imán. pero debe girar a velocidad menor que la del imán. Si el disco girara a la misma velocidad que la del imán, no habría movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético y no se producirían corrientes parásitas en el disco.

Característica de Funcionamiento del Motor de Inducción

El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades electromagnéticas de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear ,a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación. 

    Suponiendo que un motor de inducción comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal en las terminales de línea de su estator (arranque a través de la línea) desarrollará un par de arranque de acuerdo que hará que aumente su velocidad. Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 por ciento de deslizamiento), disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par máximo . Esto hace que la velocidad aumente todavía más, reduciéndose en forma simultánea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de inducción.

     Los pares desarrollados al arranque y al valor del deslizamiento que produce el par máximo ambos exceden (en el caso normal) al par aplicado a la carga. Por lo tanto la velocidad del motor aumentará, hasta que el valor del deslizamiento sea tan pequeño que el par que se desarrolla se reduzca a un valor igual al par aplicado por la carga. El motor continuará trabajando a esta velocidad y valor de equilibrio del desliza-miento hasta que aumente o disminuya el par aplicado.

Se muestra la relación entre los pares de arranque, máximo y nominal a plena carga que desarrolla un motor de inducción, como función de la velocidad de éste y del deslizamiento. Esta figura es presentación gráfica de la corriente y el par desarrollados en el rotor del motor como funciones del deslizamiento desde el instante del arranque (punto a) hasta la condición de funcionamiento en estado estable (en general entre marcha en vacío y marcha a plena carga - puntos c y d) cuando los pares desarrollado y aplicado son iguales.

Curva Característica

Circuito Equivalente de un motor de Inducción por fase

Clasificación de los Motores Asincrónicos

Según el diseño de la jaula,( Nema)

      Motor de diseño NEMA A

     Torque alto, deslizamiento nominal bajo y corriente de arranque alta.

     Es un motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, diseñado con características de torque y corriente de arranque que exceden los valores correspondientes al diseño NEMA B, son usados para aplicaciones especiales donde se requiere un torque máximo mayor que el normal, para satisfacer los requerimientos de sobrecargas de corta duración.

     Estos motores también son aplicados a cargas que requieren deslizamientos nominales muy bajos y del orden del 1% o menos (velocidades casi constantes).
 

   Motor de diseño NEMA B

     Torque normal, corriente de arranque normal y deslizamiento nominal normal.

     Son motores con rotor tipo jaula de ardilla diseñados con características de torque y corriente de arranque normales, así como un bajo deslizamiento de carga de aproximadamente 4% como máximo. En general es el motor típico dentro del rango de 1 a 125 HP. El deslizamiento a plena carga es de aproximadamente 3%.

     Este tipo de motor proporcionará un arranque y una aceleración suave para la mayoría de las cargas y también puede resistir temporalmente picos elevados de carga sin detenerse.
 

      Motor de diseño NEMA C

     Torque alto, deslizamiento nominal normal, corriente de arranque normal. Son motores de inducción con rotor de doble jaula de ardilla, que desarrollan un alto torque de arranque y por ello son utilizados para cargas de arranque  pesado. Estos motores tienen un deslizamiento nominal menor que el 5%.
 

      Motor de diseño NEMA D

     Torque alto, alto deslizamiento nominal, baja corriente de arranque.

     Este motor combina un alto torque de arranque con un alto deslizamiento nominal. Generalmente se presentan dos tipos de diseño, uno con deslizamiento nominal de 5 a 8% y otro con deslizamiento nominal de 8 a 13%. Cuando el deslizamiento nominal puede ser mayor del 13%, se les denomina motores de alto deslizamiento o muy alto deslizamiento (ULTRA HIGH SLIP). El torque de arranque es generalmente de 2 a 3 veces el par nominal aunque para aplicaciones especiales puede ser más alto. Estos motores son recomendados para cargas cíclicas y para cargas de corta duración con frecuentes arranques y paradas.
 

   Motores de diseño NEMA F

     Torque de arranque bajo, corriente de arranque baja, bajo deslizamiento nominal.

     Son motores poco usados, destinándose a cargas con frecuentes arranques. Pueden ser de altos torques y se utiliza en casos en los que es importante limitar la corriente de arranque.

Dibujo de un motor de Inducción

Un motor de inducción se comporta como un transformador

Devanado primario = estator

Devanado secundario = rotor

La corriente del devanado primario(estator) crea un campo magnético giratorio, el cual induce una corriente en el devanado secundario(rotor). La corriente del rotor junto con el campo magnético inducido provocan una fuerza, que es la causa de la rotación del motor.

Debido a que la transformación de potencia entre rotor y estator depende de la variación del flujo, si la velocidad del rotor aumenta, menos cantidad de potencia se puede convertir y además se van solapando la velocidad del rotor con la del campo magnético giratorio, 50 o 60 Hz .Esto significa que a la velocidad de sincronismo no existe conversión de potencia y el motor se para. La diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad real se la denomina deslizamiento. La velocidad del motor viene determinada por la frecuencia y el deslizamiento.

Motor de corriente Continua

Todos los motores eléctricos tienen básicamente los mismos componentes. Todos tienen un magneto estacionario denominado el estator y un electroimán denominado la armadura. El estator genera el campo magnético. Cuando una corriente eléctrica se hace pasa por el embobinado de la armadura que se ha colocado en el campo magnético generado por el estator, esta comienza a rotar debido al torque magnético. De esta manera al energía eléctrica se convierte en energía mecánica . Si el eje del motor se conecta mediante una correa a una polea esta se pone en movimiento.

Un motor de CC esta compuesto por un imán fijo que constituye el inductor y un bobinado denominado inducido que es capaz de girar en el interior del primero, cuando recibe una CC.

Suponiendo un motor elemental según se representa, si sobre la bobina se hace pasar una corriente se creara en la misma en un campo magnético que la hará girar al crearse una fuerza de atracción y repulsión con respecto al imán del estator. Durante este giro se produce una serie de efectos que condicionan la construcción del motor, el primero de ellos se produce cuando se enfrentan dos polos de distinto signo, momento en que la atracción será máxima y la bobina tiende a detenerse, sin embargo, por inercia pasará de largo pero el sentido de giro se invertirá y se volverá hacia atrás deteniéndose al cabo de unas cuantas oscilaciones. Ahora bien, si en el momento en que los polos opuestos se enfrentan, se invierte el sentido de la circulación de la corriente de la bobina, automáticamente se producirá un  cambio de signo en los polos magnéticos creados por la misma, dando origen a que aparezcan unas fuerzas de repulsión entre ellos que obligará a aquella a seguir girando otra media vuelta, debiéndose invertir la corriente nuevamente y así sucesivamente.

El método empleado para producir estos cambios es el de dividir el anillo colector por el que recibe la bobina la corriente de alimentación, en dos mitades iguales separadas por un material aislante, que giran deslizándose sobre dos contactos eléctricos fijos o escobillas uno conectado al polo positivo y el otro al negativo.

De esta forma dichos contactos cruzaran dos veces por cada rotación la división entre los semianillos, inviertendose así el sentido de circulación de la corriente de la bobina.

En los motores de CC es necesario aplicar al inducido una CC para obtener movimiento, así como al inductor en el caso de que éste sea del tipo de electroimán, conociéndose a esta última con la denominación de corriente de excitación. Su construcción suele estar realizada mediante un inductor cilíndrico hueco (imán o electroimán) que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos (Norte-Sur), que se conoce con el nombre de Estator. En su interior se encuentra el inducido o rotor también cilíndrico sobre el cual se encuentra el arrollamiento. El eje está acoplado mediante rodamiento o cojinetes para permitir el giro y dispone de una superficie de contacto montada sobre un dispositivo llamado colector sobre el que se deslizan los contactos externos o escobillas.

Clasificación Motores de Corriente Continua

INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO EN MOTORES DE CC.

Para invertir el sentido de giro de un motor de cc., basta con invertir la polaridad de la tensión aplicada en sus Bornes VB (con lo cual varía el sentido de la corriente que circula por su bobinado), y hacer así que el par de fuerzas que originan el giro del motor sea de sentido contrario.

Otro método de invertir el sentido de giro es el de invertir la polaridad del campo magnético producido por las bobinas excitadoras, esto solo puede hacerse en máquinas que las tengan accesibles desde el exterior.

Componentes motor cc.

Los motores de corriente continua están fabricados para las tensiones normales de línea de 6, 9, 12, 24, 32, 110, 220 y 550.

Las velocidades normales a plena carga son:850, 1140, 1725 y 3500 r.p.m.

Componentes

Imanes, escobillas que van encima del conmutador, hilo de cobre, láminas superpuestas donde va enrollado el hilo, conmutador, eje de metal donde se coloca la bobina de hilo de cobre, carcasa donde se introducen todos los componentes.

Descripción

El imán del motor tiene forma de media luna, hay dos imanes uno en cada lado.

Las escobillas están colocadas en la base del motor y son de una mezcla de grafito y cobre, hay dos una de cada polo. Allí es donde hay que conectar la pila.

El hilo de cobre va enrollado sobre unas laminas superpuestas en forma de circulo dividido en tres partes. Todo ello forma el rotor.

Eje de metal de diferentes medidas dependiendo del motor.

La carcasa tiene forma de cilindro.

Esquema de bloques de un motor dc.

En él, introduciremos una referencia que será el número de vueltas que queremos que de nuestro motor, y lo controlaremos mediante un PI, el cual da más o menos tensión al motor en función de las necesidades.

Otro diagrama en bloques

Control de velocidad de un motor dc.

Conclusiones

Los motores de inducción son empleados en las grandes potencias. Son

motores industriales que necesitan una gran cantidad de

corriente para el arranque.

Los motores de inducción llevan circuitos integrados para

regular la toma de corriente de la línea y así no generar

bajones de intensidad de la corriente.

Los motores de inducción son mas caros que los de continua, pero la reparación de un motor de inducción es mucho mas fácil que la del motor de corriente continua.

El voltaje boots es muy importante en un motor de inducción.

Por lo general los motores de continua se emplean para trabajos pesados y mas lentos que el motor de inducción.

TRABAJO DE LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA

TEMA: MOTORES INDUCCIÓN

CONTINUA