Máquina de Inducción (Máquina asincrónica)
Es una máquina rotativa.
Está constituida por un estator y un rotor.
En uno de los devanados no existe corriente conducida por eso se llama Máquina de Inducción
Presenta un excelente servicio
Tiene poco mantenimiento
El estator consta de arrollamientos que introducen una corriente alterna (C.A.) de frecuencia f1. En la máquina trifásica son tres arrollamientos defasados 120 grados con 2*p(pares) polos.
El rotor consta del devanado inducido distribuido en un núcleo de hierro. (Debe mantener la misma cantidad de polos que en el estator).
El rotor puede ser jaula de ardilla o de devanado con anillos
El rotor jaula de ardilla necesita menor mantenimiento y tiene una sencilla construcción. Los devanados son reemplazado por varillas que se unen con dos aros en los extremos- Por su forma similar a la rueda de un hamster (que probablemente existan para ardillas) se le llama jaula de ardilla.
El rotor de devanado con anillo permite conectar un reóstato (resistencias) para limitar la corriente de arranque, controlar la velocidad y mejorar el torque. Sin embargo necesita de escobillas lo que agrega mantenimiento, su construcción no es tan simple y es mas costoso.
Funcionamiento
Generalmente la máquina asincrónica se utiliza como motor.
Cuando se energiza el estator se genera un flujo giratorio. En las espiras cerradas del rotor se inducen fems que producen un flujo que sigue al primario.
Las fems en las espiras del rotor se traducen en corrientes. Por existir conductores de corriente en un campo magnético se genera una fuerza magnética que pone al rotor en movimiento. (En realidad debido a aspectos constructivos se logra que la fuerza no ocurra directamente en el alambre conductor sino en los dientes donde este se aloja)
El rotor gira en el sentido del campo magnético del estator.
n1: velocidad del campo giratorio
f: frecuencia de la corriente
p: número de pares de polos.
Cuando la máquina funciona como motor el rotor nunca alcanza la velocidad de sincronismo(la velocidad del campo magnético giratorio). Si lo alcanzara entonces no se induciría corriente en el rotor, por lo tanto no existiría ni el torque mínimo para vencer el rozamiento. Por ese motivo el rotor se encuentra un poco retrazado con respecto a la velocidad del campo. Si el campo gira a 1500 rpm(revoluciones por minutos) el rotor gira por ejemplo a 1440 rpm. Por eso se llama máquina asincrónica. Sin embargo, la velocidad del rotor es bastante predecible.
Se llama deslizamiento a la diferencia de de velocidad del campo y del rotor, sobre la velocidad del campo.
s: deslizamiento
n1: velocidad del campo giratorio
n: velocidad del rotor
En motores industriales el deslizamiento está en el orden del 3 al 8 por 100 a plena carga.
Circuito equivalente de la máquina asincrónica (Máquina de inducción)
La transferencia de energía en un motor asíncrono se produce de estator a rotor por inducción electromagnética de un modo similar al que se obtenía entre el primario y el secundario de un transformador.
La diferencia está en que la frecuencia del secundario cambia a medida que la máquina se pone en movimiento.
La tensión y la reactancia del secundario varían con la frecuencia:
K: factor de devanado correspondiente
Si trabajamos solo con la frecuencia f1 entonces
Si analizamos la malla del secundario podemos llegar a:
Esto significa que podríamos escribir una malla equivalente donde solo la resistencia sea afectada por el deslizamiento
La resistencia es la propia del motor(resistencia del conductor) mas la que produce la carga. La resistencia de carga solo aparece cuando el rotor se pone en movimiento.
El circuito se puede escribir como
Si referimos los valores al primario
Potencias:
Rendimiento:
Potencia del rotor:
----
Torque:
Curva de torque:
Del circuito equivalente exacto se obtiene
Recuérdese que si S=1, n=0 o sea el motor está en reposo y si S=0 entonces n= n1 velocidad de sincronismo que funcionando como motor no podría alcanzarla nunca.
Torque máximo:
Del circuito aproximado se obtiene que el torque es:
Para cambiar el torque en los motores de rotor con anillo se introducen resistencias que se añaden a la resistencia R2. Esto es útil para lograr un buen torque en el momento de arranque.
Diagrama de círculo:
El diagrama puede obtenerse a partir del ensayo de rotor libre y rotor bloqueado
Se utiliza el circuito equivalente aproximado
Análisis del diagrama:
Partimos a partir del punto O1
El diagrama representa las corrientes de la máquina sincrónica
Las líneas paralela a la ordenada ( líneas verticales) representan las componentes activas de la corriente
Las líneas paralelas a la abscisa (Líneas horizontales) representan las componentes reactivas de la corriente
Como el torque y la potencia dependen de la corriente activa, también podemos representarlos en el diagrama. En otras escalas la ordenada representa la potencia y el torque.
Tomando las ramas conectadas a la tensión V1 fija:
El punto Ps
se obtiene de la corriente de vacío Io---> abscisa=Iu ordenada=Ife. La corriente de vacío se obtiene cuando no hay corriente secundaria o sea cuando la resistencia secundaria es infinita o sea cuando s=0 o sea cuando n=n1.
Cuando el rotor está libre de carga n tiende a n1 y de allí se obtiene los valores de corriente de vacío.
Conclusión: en Ps se representa:
*Corriente de vacío a partir de O1
*Potencia de vacío(Perdida del hierro) proporcional a Ife (componente vertical)
*S=0
La corriente de vacío está siempre presente independientemente de la carga por lo tanto trazamos una línea horizontal a partir de Ps.
El punto Pcc
representa la corriente de cortocircuito. O sea que la corriente es la consumida solo por la resistencia de cobre de la máquina y la de vacío . Esto sucede cuando el rotor está bloqueado o sea cuando S=1 y n=0 por ejemplo en el instante de arranque.
Conclusión en Pcc tenemos
*Corriente de cortocircuito (Corriente de arranque)
*Potencia de cobre + Potencia de vacío (componente vertical)
*S=1
Circunferencia:
La I’2 se representa con una línea que una Ps con cualquier punto de la circunferencia.
La corriente I1 es la suma de I0+I’2:
Línea de Potencia:
Cualquier recta vertical que vaya desde un punto en la circunferencia y termine en la línea de potencia representa la potencia mecánica de la máquina
La potencia máxima se da en el punto de la circunferencia tal que una línea desde ese punto hasta el centro de la circunferencia pase por la mitad de la línea de potencia.
Línea de Torque(Línea de Par).
Cualquier recta vertical que vaya desde un punto en la circunferencia y termine en la línea de Torque representa el torque de la máquina
El torque máxima se da en el punto de la circunferencia tal que una línea desde ese punto hasta el centro de la circunferencia pase por la mitad de la línea de Torque(Par).
Construcción:
Obtención de la Línea de potencia:
Desde el Punto Ps al Punto Pcc tenemos la corriente del secundario de cortocircuito referida al primario. La llamamos Línea de potencia porque la Potencia Mecánica es cero(Pmec=0) en el punto Pcc.
Obtención de la Circunferencia
Si desde la mitad de la línea de potencia(mediatriz) trazamos una perpendicuar hasta cruzar con la recta horizontal desde Ps, obtenemos el punto W que es el centro de la circunferencia de radio Ps-W.
Su diámetro es igual a V1/Xcc
Obtención línea de Torque o de Pares
El torque es cero solo cuando s=0 o cuando s= +-infinito
Si s es infinito entonces R2/s=0 por lo tanto en la componente activa de la corriente secundaria solo tenemos aquella que produce la de R1
Por lo tanto utilizando la potencia y la corriente de cortocircuito el aporte que corresponde a R1 es.
La resistencia R1 se puede medir usando corriente continua en el estator.
Sacando la escala de potencia a corriente:
B’C’ representa la potencia activa consumida por R1 cuando la máquina está con rotor bloqueado.
A partir de ahí se traza una línea desde Ps, que pase por B’ y se extienda hasta la circunferencia.
(véase el diagrama)
Punto de trabajo:
Tomamos un punto “P” cualquiera de la circunferencia. En el ejemplo un P tal que funciona como motor.
*Desde el punto O1 hasta P tenemos la corriente total I1
*Desde Ps hasta P la corriente I’2
*Una línea vertical desde P hasta la abscisa (Línea horizontal que pasa por O1) es la Potencia activa total que se consume: P-D
Además esa línea genera los puntos A, B y C en las intersecciones como muestra la figura.
*Una línea vertical desde P hasta la recta de potencia representa la potencia mecánica en ese punto de trabajo: P-A
*Una línea vertical desde P hasta la recta de torque representa el torque de la máquina en ese punto de trabajo: P-B
*La línea vertical desde A hasta B representa la potencia consumida por R’2
*La Línea vertical desde B hasta C representa la potencia consumida por R1
*La línea vertical desde C a D representa la potencia consumida por el hierro.
*El rendimiento se obtiene
*El deslizamiento se obtiene:
*El factor de potencia se obtiene
Es una máquina rotativa.
Está constituida por un estator y un rotor.
En uno de los devanados no existe corriente conducida por eso se llama Máquina de Inducción
Presenta un excelente servicio
Tiene poco mantenimiento
El estator consta de arrollamientos que introducen una corriente alterna (C.A.) de frecuencia f1. En la máquina trifásica son tres arrollamientos defasados 120 grados con 2*p(pares) polos.
El rotor consta del devanado inducido distribuido en un núcleo de hierro. (Debe mantener la misma cantidad de polos que en el estator).
El rotor puede ser jaula de ardilla o de devanado con anillos
El rotor jaula de ardilla necesita menor mantenimiento y tiene una sencilla construcción. Los devanados son reemplazado por varillas que se unen con dos aros en los extremos- Por su forma similar a la rueda de un hamster (que probablemente existan para ardillas) se le llama jaula de ardilla.
El rotor de devanado con anillo permite conectar un reóstato (resistencias) para limitar la corriente de arranque, controlar la velocidad y mejorar el torque. Sin embargo necesita de escobillas lo que agrega mantenimiento, su construcción no es tan simple y es mas costoso.
Funcionamiento
Generalmente la máquina asincrónica se utiliza como motor.
Cuando se energiza el estator se genera un flujo giratorio. En las espiras cerradas del rotor se inducen fems que producen un flujo que sigue al primario.
Las fems en las espiras del rotor se traducen en corrientes. Por existir conductores de corriente en un campo magnético se genera una fuerza magnética que pone al rotor en movimiento. (En realidad debido a aspectos constructivos se logra que la fuerza no ocurra directamente en el alambre conductor sino en los dientes donde este se aloja)
El rotor gira en el sentido del campo magnético del estator.
n1: velocidad del campo giratorio
f: frecuencia de la corriente
p: número de pares de polos.
Cuando la máquina funciona como motor el rotor nunca alcanza la velocidad de sincronismo(la velocidad del campo magnético giratorio). Si lo alcanzara entonces no se induciría corriente en el rotor, por lo tanto no existiría ni el torque mínimo para vencer el rozamiento. Por ese motivo el rotor se encuentra un poco retrazado con respecto a la velocidad del campo. Si el campo gira a 1500 rpm(revoluciones por minutos) el rotor gira por ejemplo a 1440 rpm. Por eso se llama máquina asincrónica. Sin embargo, la velocidad del rotor es bastante predecible.
Se llama deslizamiento a la diferencia de de velocidad del campo y del rotor, sobre la velocidad del campo.
s: deslizamiento
n1: velocidad del campo giratorio
n: velocidad del rotor
En motores industriales el deslizamiento está en el orden del 3 al 8 por 100 a plena carga.
Circuito equivalente de la máquina asincrónica (Máquina de inducción)
La transferencia de energía en un motor asíncrono se produce de estator a rotor por inducción electromagnética de un modo similar al que se obtenía entre el primario y el secundario de un transformador.
La diferencia está en que la frecuencia del secundario cambia a medida que la máquina se pone en movimiento.
La tensión y la reactancia del secundario varían con la frecuencia:
K: factor de devanado correspondiente
Si trabajamos solo con la frecuencia f1 entonces
Si analizamos la malla del secundario podemos llegar a:
Esto significa que podríamos escribir una malla equivalente donde solo la resistencia sea afectada por el deslizamiento
La resistencia es la propia del motor(resistencia del conductor) mas la que produce la carga. La resistencia de carga solo aparece cuando el rotor se pone en movimiento.
El circuito se puede escribir como
Si referimos los valores al primario
Potencias:
Rendimiento:
Potencia del rotor:
----
Torque:
Curva de torque:
Del circuito equivalente exacto se obtiene
Recuérdese que si S=1, n=0 o sea el motor está en reposo y si S=0 entonces n= n1 velocidad de sincronismo que funcionando como motor no podría alcanzarla nunca.
Torque máximo:
Del circuito aproximado se obtiene que el torque es:
Para cambiar el torque en los motores de rotor con anillo se introducen resistencias que se añaden a la resistencia R2. Esto es útil para lograr un buen torque en el momento de arranque.
Diagrama de círculo:
El diagrama puede obtenerse a partir del ensayo de rotor libre y rotor bloqueado
Se utiliza el circuito equivalente aproximado
Análisis del diagrama:
Partimos a partir del punto O1
El diagrama representa las corrientes de la máquina sincrónica
Las líneas paralela a la ordenada ( líneas verticales) representan las componentes activas de la corriente
Las líneas paralelas a la abscisa (Líneas horizontales) representan las componentes reactivas de la corriente
Como el torque y la potencia dependen de la corriente activa, también podemos representarlos en el diagrama. En otras escalas la ordenada representa la potencia y el torque.
Tomando las ramas conectadas a la tensión V1 fija:
El punto Ps
se obtiene de la corriente de vacío Io---> abscisa=Iu ordenada=Ife. La corriente de vacío se obtiene cuando no hay corriente secundaria o sea cuando la resistencia secundaria es infinita o sea cuando s=0 o sea cuando n=n1.
Cuando el rotor está libre de carga n tiende a n1 y de allí se obtiene los valores de corriente de vacío.
Conclusión: en Ps se representa:
*Corriente de vacío a partir de O1
*Potencia de vacío(Perdida del hierro) proporcional a Ife (componente vertical)
*S=0
La corriente de vacío está siempre presente independientemente de la carga por lo tanto trazamos una línea horizontal a partir de Ps.
El punto Pcc
representa la corriente de cortocircuito. O sea que la corriente es la consumida solo por la resistencia de cobre de la máquina y la de vacío . Esto sucede cuando el rotor está bloqueado o sea cuando S=1 y n=0 por ejemplo en el instante de arranque.
Conclusión en Pcc tenemos
*Corriente de cortocircuito (Corriente de arranque)
*Potencia de cobre + Potencia de vacío (componente vertical)
*S=1
Circunferencia:
La I’2 se representa con una línea que una Ps con cualquier punto de la circunferencia.
La corriente I1 es la suma de I0+I’2:
Línea de Potencia:
Cualquier recta vertical que vaya desde un punto en la circunferencia y termine en la línea de potencia representa la potencia mecánica de la máquina
La potencia máxima se da en el punto de la circunferencia tal que una línea desde ese punto hasta el centro de la circunferencia pase por la mitad de la línea de potencia.
Línea de Torque(Línea de Par).
Cualquier recta vertical que vaya desde un punto en la circunferencia y termine en la línea de Torque representa el torque de la máquina
El torque máxima se da en el punto de la circunferencia tal que una línea desde ese punto hasta el centro de la circunferencia pase por la mitad de la línea de Torque(Par).
Construcción:
Obtención de la Línea de potencia:
Desde el Punto Ps al Punto Pcc tenemos la corriente del secundario de cortocircuito referida al primario. La llamamos Línea de potencia porque la Potencia Mecánica es cero(Pmec=0) en el punto Pcc.
Obtención de la Circunferencia
Si desde la mitad de la línea de potencia(mediatriz) trazamos una perpendicuar hasta cruzar con la recta horizontal desde Ps, obtenemos el punto W que es el centro de la circunferencia de radio Ps-W.
Su diámetro es igual a V1/Xcc
Obtención línea de Torque o de Pares
El torque es cero solo cuando s=0 o cuando s= +-infinito
Si s es infinito entonces R2/s=0 por lo tanto en la componente activa de la corriente secundaria solo tenemos aquella que produce la de R1
Por lo tanto utilizando la potencia y la corriente de cortocircuito el aporte que corresponde a R1 es.
La resistencia R1 se puede medir usando corriente continua en el estator.
Sacando la escala de potencia a corriente:
B’C’ representa la potencia activa consumida por R1 cuando la máquina está con rotor bloqueado.
A partir de ahí se traza una línea desde Ps, que pase por B’ y se extienda hasta la circunferencia.
(véase el diagrama)
Punto de trabajo:
Tomamos un punto “P” cualquiera de la circunferencia. En el ejemplo un P tal que funciona como motor.
*Desde el punto O1 hasta P tenemos la corriente total I1
*Desde Ps hasta P la corriente I’2
*Una línea vertical desde P hasta la abscisa (Línea horizontal que pasa por O1) es la Potencia activa total que se consume: P-D
Además esa línea genera los puntos A, B y C en las intersecciones como muestra la figura.
*Una línea vertical desde P hasta la recta de potencia representa la potencia mecánica en ese punto de trabajo: P-A
*Una línea vertical desde P hasta la recta de torque representa el torque de la máquina en ese punto de trabajo: P-B
*La línea vertical desde A hasta B representa la potencia consumida por R’2
*La Línea vertical desde B hasta C representa la potencia consumida por R1
*La línea vertical desde C a D representa la potencia consumida por el hierro.
*El rendimiento se obtiene
*El deslizamiento se obtiene:
*El factor de potencia se obtiene