Motores Asincronicos y Maquinas de Corriente Continua

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MOTORES ASNCRONOS

Y

MQUINAS DE CORRIENTE CONNUA

MOTORES ASINCRNICOS1 CONFIGURACIN DEL MOTOR ASINCRNICO. DESCRIPCIONES GEOMTRICAS Y FSICAS. Partes que componen el motor asncrono. El motor asncrono esta compuesto de 2 grandes partes: una parte fija (estator, inductor) y otra parte mvil (rotor o inducido). El estator est compuesto de un circuito magntico, un devanado o bobinado, una bornera o caja de bornes y una carcasa o bancada. Abajo se presenta un motor asncrono de rotor en cortocircuito 55kW, 1500 rpm, 50 hz, protegido y soplado.

Figura 1

La bancada, tiene forma de cilindro hueco con tapas, se construye de hierro fundido o hierro dulce, y est diseada para fijar inmvil en su interior las partes activas como ser el circuito magntico del estator (2) y el devanado (20), los bujes que encasquillan (16 y 18) los rodamientos o cojinetes (12 y 17) y las tapas que los contienen. stas ltimas se pueden afirmar al cuerpo de la bancada mediante esprragos dispuestos axialmente; en algunos diseos econmicos se pueden soldar una o ambas tapas. Diferentes diseos hacen que los motores sean desprotegidos, protegidos contra salpicaduras o sumergibles. La ventilacin y enfriamiento se consigue con ventiladores ajustados al eje y utilizando la tapa trasera ingresa el aire que circula por el interior del motor a travs de los canales de refrigeracin internos (ver figura 2), que pueden ser axiales (a y c), radiales (b) o axiales radiales (d). Externamente, en algunos diseos el aire circula por nervios que sobresalen de la bancada y finalmente es liberado al exterior. Este flujo de aire externo es dirigido por la forma de envoltura de la tapa trasera.

Figura 2

Otras partes de la bancada son: Las argollas (fig.1, 4) para levantar el motor (vara el nmero segn el peso del motor) que generalmente se disponen arriba, y cuyo eje puede tener la misma direccin que el eje del rotor o puede estar a 90. Las patillas inferiores (14), para el ajuste del motor a los cimientos. La caja de bornes (13) aloja las conexiones de los devanados. El rotor puede ser de dos tipos: devanado aislado o de jaula de ardilla. Se constituyen de un circuito magntico (3), el devanado (aislado o fundido en forma de jaula) aletas de ventilacin (7) (en rotor de jaula estn incluidas en el devanado), un eje o rbol (15), y otros dispositivos acoplados al eje, como un ventilador centrfugo (11) y anillos deslizantes en caso de ser un rotor de devanado aislado.

2 MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIN DE MOTORES. En el estator y rotor El material magntico utilizado en la construccin de las piezas magnticas para motores es el acero para transformadores en chapas de 0.5 mm de espesor aisladas de 1 lado o de ambos lados con laca, de forma anular. En este caso las placas se prensan fuera de la bancada y se mantienen justas por las grapas de apriete (5) y los anillos de presin (6) de la figura 1. Se coloca el devanado y luego se coloca dentro de la bancada. La razn por la cual se utilizan lminas es para reducir las corrientes parsitas, que se cierran en una seccin de lmina de ncleo. Una ecuacin para calcular las

prdidas por corrientes parsitas es W = 2,2. f .B .e .10 (W/Kg), la cual nos da el valor de perdida en Watt por kilogramo de ncleo. F es frecuencia en Hz; B es induccin mxima en gauss (en alterna, se toma la amplitud) y e es el espesor en mm de la chapa. Otro tipo de prdidas son las perdidas por histresis debida a la saturacin magntica del hierro. Steinmetz estudi diferentes tipos de material y surgi la siguiente frmula emprica: W = .B . f .101, 6 8

2

2

2

11

donde W es la prdida en Watt, y para obtener

la prdida en todo el ncleo hay que multiplicar este por el peso en Kg. coeficiente de Steinmetz para cada material.

es el

Figura 3

Las prdidas totales para un tipo de material vienen graficadas mas abajo. Cada curva corresponde a un espesor distinto de material. Para el desarrollo de motores y otras mquinas elctricas, existen las curvas para cada tipo de material; en este caso es hierro al silicio 4%.

Detalles constructivos del estator Existen tres formas fundamentales de ranuras:

Ranuras abiertas

Ranuras semicerradas

Ranuras cerradas El tipo de ranura tiene gran influencia sobre las caractersticas electromagnticas de la maquina, pero no tiene ninguna importancia para la rigidez mecnica de las bobinas que se colocan en ellas, porque el estator es fijo y las bobinas no estn expuestas a ningn esfuerzo centrifugo. 3 TIPOS DE ROTORES El rotor esta compuesto de dos partes fundamentales, ncleo de hierro y el devanado. Las necesidades magnticas del rotor se satisfacen construyndolo de aleaciones de hierro de 0,5 mm de espesor, aisladas con papel fino o con barniz aislante, al igual que en el estator. Las chapas que componen el ncleo del rotor se cortan y perforan con maquinas de estampar en igual forma que en la preparacin de las chapas de los estatores. Los motores de pocas revoluciones y gran potencia llevan adems rotores con canales de ventilacin en el ncleo activo del rotor. Hay canales axiales y radiales. Rotores en cortocircuito En la superficie se encuentran las ranuras. Las formas de las ranuras se determinan por el tipo de devanado que hay que aplicar en cada caso, siendo ranuras redondas, ovaladas o rectangulares.

Estas ranuras se llenan con barras de cobre o aluminio cuyos extremos van soldados a un anillo de seccin relativamente elevada. Las ranuras no son paralelas al eje, si no que se les da forma inclinada, lo que disminuye las perturbaciones magnticas. Los armnicos en el espacio del flujo en el entrehierro producen el efecto de multiplicidad de polos alrededor de la circunferencia del entrehierro, cuyo nmero depende del orden del armnico. Si las barras colocadas con inclinacin abarcan un par de polos de un armnico, tal armnico no existir en la corriente del motor, quedando eliminado el efecto perjudicial que pudiera tener con respecto al par. Con una inclinacin adecuada de las ranuras se puede conseguir un funcionamiento ms silencioso. El conjunto del rotor se sujeta a un eje rgido. En las ranuras se colocan barras, las cuales se sueldan con soldadura amarilla a unos anillos en cada lado del rotor. Las barras y los anillos acostumbran a ser de cobre o aluminio, pero se emplean tambin, con cierta frecuencia, otros materiales conductores para alcanzar determinadas condiciones de funcionamiento. En el caso de motores con deslizamiento elevado y en algunos tipos de motores destinados a frecuentes arranques, las barras, o los anillos terminales, o ambos elementos, se construyen de latn o de bronce para obtener mayor resistencia o igual resistencia con mayor masa. Esto ltimo es conveniente desde el punto de vista de la disipacin de calor. Tipos especiales de rotores jaula de ardilla. Rotores de barras profundas.

Para conseguir como caractersticas del motor par de arranque normal y baja corriente de arranque se acostumbra a emplear en el rotor unas barras relativamente estrechas y profundas que dan lugar a la reactancia algo ms elevada, pero principalmente un aumento de la resistencia efectiva en el momento de arranque. Debido a que en el momento de arranque la frecuencia en las barras es igual a la primaria, el efecto superficial o pelicular aumenta la resistencia efectiva a la corriente alterna; esta resistencia disminuye a la frecuencia normal del rotor. De esta forma puede conseguirse un elevado par de arranque, o una menor corriente de arranque, sin un valor excesivo de deslizamiento a plena carga. En algunos casos puede conseguirse un par de arranque elevado y baja corriente de arranque mediante rotores de barras profundas, pero en general, para estos motores se usan motores de doble jaula. Rotores de doble o triple jaula.

Como su nombre lo indica el devanado del rotor consta de dos o tres circuitos conectados en cortocircuito y en paralelo por medio de los anillos frontales. El objetivo de estos devanados es tener en el rotor conductores que sean alargados hacia el centro del eje. Se puede pensar en un devanado compuesto de 2 o 3 conductores redondos colocados juntos en una o dos ranuras independientes, como tambin en un conductor rectangular, que es la aproximacin de dos o tres conductores cilndricos. Los motores que llevan rotores de doble o triple jaula toman en el momento del arranque una corriente que es de tres a cinco veces mayor que la corriente de marcha normal con o sin carga.

Puede obtenerse un elevado par de arranque, con una pequea intensidad mediante una jaula interior de resistencia relativamente baja y elevada reactancia, colocada dentro de una jaula exterior de resistencia elevada. La corriente de frecuencia similar a la primaria, inducida en el rotor en el arranque, produce en la jaula interior un efecto pelicular o superficial y una reactancia suficientemente elevada para que la mayor parte de la corriente de arranque circule por la jaula exterior. Al disminuir el deslizamiento (y la frecuencia), ambas jaulas trabajan. Rotores bobinados. Los rotores bobinados se emplean cuando se desea regular la velocidad con restato. En tales casos las ranuras del rotor tienen formas similares a las del estator. En estas ranuras se bobina el arrollamiento o se colocan bobinas preformadas (segn el tamao); los extremos se conectan a anillos rozantes montados sobre el eje para efectuar su conexin al exterior mediante escobillas. A continuacin se presenta diferentes aspectos constructivos de rotores devanados:

Ranuras semicerradas del rotor.

Ranuras con cuas redondas

Ranuras con cuas de cola de milano

4 BOBINADOS DE ESTATOR Y ROTOR Bobinados de estator El devanado de las maquinas trifsicas consiste de tres circuitos elctricamente independientes uno de otro. Cada fase tiene cierta cantidad de bobinas que se colocan y se conectan