Rotor bobinadoEn los motores derotor bobinado, el arrollamiento rotrico est constituidoporunas bobinas de hilo de cobre por lo general.Y cuyos extremos estn conexionados a unos anillos (anillos rozantes) por los que sealimentaran las bobinas.Para el arrollamiento del rotor se utilizan,conductores de seccin circular o rectangular, aislados generalmente con doble capa de algodno barnices apropiados e introducidos en las ranuras y aislados deellas y entre s, por medio de presspan, tela aceitada, etc...Antes de describir los procedimientos de fijacin de los arrollamientos del rotor, ser conveniente revisar las formas de ranuras existentes y los mtodos para aislar los conductores en las ranuras. En los motores de rotor bobinado se emplean ranuras abiertas y sobre todo semicerradas de forma rectangular con una profundidad de aproximadamente 3 a 4 veces el ancho.Las ranuras abiertas tienen la ventaja de que las bobinas que sehan construidopreviamente, pueden colocarse en su posicin a travs de la partesuperior de la ranura y de estamanera el arrollamiento quedamontado en poco tiempo; adems las bobinas pueden sacarse fcilmente en caso de reparacin o de sustitucin.Pero las ranuras abiertas aumentan la reluctancia del circuito magntico por lo que en muchas ocasiones, resultan ms adecuadas las ranuras semicerradas ; estas ranuras permiten que se inserten en ellas bobinas previamente construidas, pero stas han de tener un ancho no superior a la mitad del ancho de ranura, por lo que el montaje del arrollamiento ser algo ms costoso. De todas formas y debido a las mejores condiciones magnticas obtenidas con las ranuras semicerradas, stas son las ms utilizadas en los motores de rotor bobinado para medianas y grandes potencias.Si observamos la apariecia de las ranuras en forma rectangular, se ve inevitablemente dientes de forma trapezoidal, estrechos en la base y ms anchos en la cabeza: esta forma no es la mejor desde el punto de vista magntico, ya que en la base del diente existir mayor densidad de flujo magntico y si se quiere evitar la saturacin magntica indebida en la base del diente, el resto de ste no se utilizar a pleno rendimiento; por otro lado, existe el peligro de que si la base del diente es demasiado estrecha puede quedar sometida a un excesivo esfuerzo mecnico cuando gira la mquina. Cuanto menor es el dimetro del rotor, mayor ser el estrechamiento del diente debido a la forma rectangular de las ranuras; por esta razn, los rotores para motores de pequea potencia se construyen con dientes paralelos y ranuras trapezoidales .Esta forma de ranuras no puede contener adecuadamente los conductores de seccin rectangular pero resulta muy apropiada para alojar conductores de seccin circular que son, precisamente, los que se emplean para mquinas de pequea potencia.Se elige la forma rectangular porque resulta la ms adecuada para contener las barras rectangulares de cobre que se emplean para constituir las bobinas y adems esta forma puede adaptarse fcilmente para contener los conductores de seccin circular.En cuanto a la forma constructiva del arrollamiento del rotor, se utiliza muchas veces el arrollamiento de barril o de cestaempleando tambin en los arrollamientos de inducido de corriente continua y, en otras ocasiones, el arrollamiento en varios planos , exclusivo de corriente alterna.Existen diferentes sistemas de fijacin de las cabezas de bobina del arrollamiento rotrico mediante zunchos y soportes de fijacin:a-Soporte de arrollamiento cilndrico.b-Soporte de arrollamiento cnico.e-Soporte de arrollamiento abovedado.

Dispositivos de toma de corriente para el rotor

Estos dispositivos solamente son aplicables a los motores con rotor bobinado ya que, como sabemos los motores con rotor de jaula de ardilla, no necesitan ningn elemento de conduccin de corriente para el rotor, porque los conductores que constituyen el arrollamiento rotrico van cerrados en cortocircuitos.Como rgano de conduccin para el rotor, las mquinas asncronas de rotor bobinado llevan tres anillos rozantes, conectados cada uno de ellos a uno delos tres finales del arrollamiento rotrico; sobre estos anillos frotan tres escobillas, mediante las cuales, la corriente rotrica es conducida al exterior de la mquina.Los anillosrozantes se asientan conjuntamente en un cuerpo sustentador montado a su vez en el eje del motor; cada anillo recibe una pieza de conexin que lo une al correspondiente final del arrollamiento.Los anillos rozantes se construyen de cobre o de bronce fundidos aunque, como es natural, el material debe de ser de mejor calidad en el caso de escobillas permanentemente conectadas, ya que est sometido a mayor desgaste.Veamos primero como estn constituidos los anillos rozantes en las mquinas cuyas escobillas permanecen permanentemente conectadas.En las mquinas de pequea potencia, el cuerpo sustentador de los anillos es de material aislante , en el que se embuten los anillos rozantes; a cada anillo se suelda una tira de latn o de cobre, que se utiliza para la conduccin de la corriente y, al propio tiempo, para evitar que gire el anillo embutido en el material prensado.

IntroduccinContrariamente a lasmquinassncronas empleadas normalmente como generadores, las mquinas asncronas han encontrado su principal aplicacin comomotores, debido a la sencillez de suconstruccin. Elmotorasncrono trifsico es hoy el motor usual de accionamiento en todas lasredesdedistribucin.Se llama mquina deinduccino asincrnica a una mquina decorriente alterna, en la cual lavelocidadde rotacin del rotor es menor que la delcampo magnticodel estator y depende de la carga. La mquina asincrnica tiene lapropiedadde ser reversible, es decir, puede funcionar como motor y como generador.El motor asincrnico tiene dos partes principales: Estator y rotor. El estator es la parte fija de la mquina en cuyointeriorhay ranuras donde se coloca el devanado trifsico que se alimenta con corriente alterna trifsica. La parte giratoria de la mquina se llama rotor y en sus ranuras tambin se coloca un devanado. El estator y el rotor se arman de chapas estampadas deaceroelectrotcnico de 0,35 a 0,5 [mm] de espesor.Segn la construccin, los motores asincrnicos pueden ser de rotor de jaula de ardilla o de rotor bobinado.Los motores asincrnicos se dividen en: sin colector y con colector. Los motores sin colector se utilizan donde se necesita una velocidad de rotacin aproximadamente constante y no se requiere su regulacin.Los motores sin colector son simples en construccin, funcionan sin fallas y son de alto rendimiento.Para alcanzar amplia gama de velocidades, se utilizan motores asincrnicos con colector monofsico y trifsico; sin embargo, debido al altocosto, a una construccin complicada y condiciones difciles detrabajo, las mquinas asincrnicas con colector son poco empleadas.Consideraciones generales de las mquinas asincrnicasContrariamente a las mquinas sncronas, empleadas normalmente como generadores, las mquinas asncronas han encontrado su principal aplicacin como motores, debido a la sencillez de su construccin.Las mquinas asncronas tienen un circuito magntico sin polos salientes estando ranurados tanto el estator como el rotor, los cules van a estar sometidos a laaccinde campos magnticos giratorios que darn lugar a prdidas magnticas. En consecuencia, ambos rganos de la mquina se fabrican a base de apilar chapas delgadas de acero al silicio para reducir estas prdidas.El devanado del estator normalmente es trifsico, aunque en mquinas de pequeapotenciatambin puede ser monofsico o bifsico. El devanado del rotor siempre es polifsico. Ambos devanados tienen el mismo nmero de polos (2p). El devanado del rotor forma un circuito cerrado por el que circulan corrientes inducidas por el campo magntico. El rotor puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o en cortocircuito y de rotor bobinado o con anillos.Una jaula de ardilla es un devanado formado por unas barras alojadas en las ranuras del rotor que quedan unidas entre s por sus dos extremos mediante sendos aros o anillos de cortocircuito. El nmero de fases de este devanado depende de su nmero de barras. Muchas veces estos anillos poseen unas aletas que facilitan la evacuacin delcalorque se genera en la jaula durante el funcionamiento de la mquina.El rotor bobinado tiene un devanado trifsico normal cuyas fases se conectan alexteriora travs de un colector de tres anillos y sus correspondientes escobillas. En funcionamiento normal estos tres anillos estn cortocircuitados (unidos entre s).En ambos tipos de rotor se suelen emplear ranuras ligeramente inclinadas con respecto al eje de la mquina. El bloque de chapas que forma el circuito magntico del rotor tiene un agujero central donde se coloca el eje o rbol de la mquina. En muchas ocasiones se coloca un ventilador en este eje para facilitar larefrigeracinde la mquina.La carcasa es la envoltura de la mquina y tiene dos tapas laterales donde se colocan los cojinetes en los que se apoya el rbol. Esta carcasa suele disponer de aletas para mejorar la refrigeracin de la mquina. Sujeta a la carcasa est la placa de caractersticas donde figuran las magnitudes ms importantes de la mquina. En la carcasa se encuentra tambin la caja de bornes adonde van a parar los extremos de los bobinados. En una mquina asncrona trifsica de jaula de ardilla la caja de bornes tiene seis terminales, correspondientes a los extremos de las tres fases del estator (dos extremos, principio y final, por cada fase), formando dos hileras de tres. De esta forma resulta fcil el conectar el devanado del estator en estrella o en tringulo.Las ideas fundamentales sobre los motores de induccin las desarroll a finales de la dcada de 1880 Nicola Tesla, quien recibi la patente por sus ideas en 1888. En esa poca present un artculo ante el American Institute of Electrical Engineers [ATEE, predecesor del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)] en el que describa losprincipiosbsicos del motor de induccin con rotor devanado, junto con ideas sobre otros dos importantes motores de ca: el motor sncrono y el motor de reluctancia.A principios del siglo XX se impuso elsistematrifsico europeo ante el bifsico americano, por lo que las maquinas asincrnicas comenzaron a ser y son trifsicas.En las mquinas asincrnicas la corriente que circula por uno de los devanados se debe a la f.e.m inducida por la accin del flujo del otro, y por esta razn se denominanmquinas de induccin.Tambin reciben el nombre demquinas asincrnicasdebido a que la velocidad de giro del rotor no es la de sincronismo impuesta por la frecuencia de lared. La importancia de los motores asncronos de debe a su construccin simple y robusta, sobre todo en el caso del rotor en forma de jaula de ardilla, que les hace trabajar en circunstancias ms adversas, dando un excelenteserviciocon pequeomantenimiento. Hoy en da se puede decir que ms del 80% de losmotores elctricosindustriales emplean este tipo de maquinas, trabajando con una frecuencia dealimentacinconstante. Sin embargo, histricamente su inconveniente ms grave ha sido la limitacin para regular su velocidad, y de ah cuando esto era necesario, en diversas aplicaciones como la traccin elctrica, trenes de laminacin, etc., eran sustituidos por motores de c.c., que eran ms idneos para este servicio. Desde finales del siglo XX y con eldesarrollotan particular de laelectrnicaindustrial, con accionamientos electrnicos como inversores u onduladores y cicloconvertidores, que permiten obtener frecuencia variable apartirde la frecuencia de la red, y con laintroduccindelmicroprocesadoren la electrnica de potencia, se han realizado grandes cambios, y los motores asncronos se estn imponiendo poco a poco en los accionamientos elctricos de velocidad variable.

Mquina asncrona

Eje (0), Cojinete (1), rotor de jaula de ardilla (2), tapa lateral de la carcasa (3) y ventilador (4)

Rotor bobinado o con anillos

a)Colector de 3 anillos;b)Escobilla;c)Anillocon escobillaCorriente de arranque de los motores asncronosSe pueden distinguir dos casos extremos:a) Cuando a la red se conecta un motor con el circuito del rotor abierto y b) cuando su rotor est cortocircuitado.En el primer caso el fenmeno tiene cuantitativamente el mismocarcterque al conectar a la red un transformador con devanado secundario abierto. El instante de conexin ms peligroso es el instante cuando la tensin pasa por el cero.

En la mquina polifsica las componentes peridicas de los flujos de algunas fases forman un flujo resultante que gira en el espacio con la velocidad n1= f1*p1, y las componentes aperidicas de los flujos, forman un flujo resultante fijo en el espacio.

Conexin de un motor asincrnico con rotor abiertoEl flujo resultante doble satura intensamente el acero de la mquina. Por eso la amplitud de la corriente de conexin de la marcha en vaco I"om del motor asincrnico supera considerablemente la amplitud de la corriente permanente en vaco Iom. En comparacin con lostransformadores, en los motores asincrnicos la relacin I"om / Iom es menor, puesto que al existir espacio la curva de imantacin de estos ltimos es ms chata, y el flujo remanente de magnetizacin es menor. No obstante, la corriente de conexin en vaco puede superar unas cuantas veces la corriente nominalIn.Cuando a la red se conecta un motorcon rotor cortocircuitado.Como en el primer instante la velocidad de rotacin n = 0, los fenmenos que transcurren en este caso cualitativamente son los mismos que en el caso de cortocircuito instantneo del transformador.Si con el fin de simplificar se desprecia la corriente magnetizante, entonces la corriente de cortocircuito instantneo del motor asincrnico se puede determinar por la frmula

Lo mismo que la corriente de conexin en vaco, esta corriente tiene dos componentes, una de las cuales, la componente peridicaIc.c.p, corresponde a la corriente permanente de cortocircuito, y la otra, la componente aperidicaIc.c.a, se amortigua por laleyexponencial.La amortiguacin sucede muy rpidamente, puesto que la constante deltiempode amortiguacinXc.c/wRc.ces pequea. Por esta razn, con frecuencia la segunda componente de la corriente no se tiene en cuenta, comprendiendo por corriente de arranque del motorIarrla corriente peridica de cortocircuito.HabitualmenteIarr/In = (4--7)diferentes formas de arranque de los motores asincrnicosEl arranque es elprocesode puesta en marcha de un motor que lo lleva desde una velocidad nula a la del punto de funcionamiento estable que corresponda al par resistente de la carga que tiene que mover.Para que pueda realizarse esta maniobra debe cumplirse la condicin de arranque: durante el arranque el par del motor debe ser superior al par resistente o de frenado. De no cumplirse esta condicin, el par motor es insuficiente para mover la cargamecnicaque tiene acoplada y no se puede producir el arranque.Los dispositivos de arranque pueden ser de operacinmanualo por contactores. Estos ltimos permiten efectuar el mando a distancia del motor con cables de secciones pequeas (slo se requiere la corriente necesaria para la bobina del contactor), lo que facilita el accionamiento ydiseodel dispositivo decontrolpor trabajar con intensidades reducidas.Es necesario limitar la corriente de arranque de los motores asncronos trifsicos, ya que stos estn conectados a la red de distribucin deenerga elctricaen paralelo con otros abonados, que podran sufrir bajadas momentneas de tensin de suministro durante el arranque de los mencionados motores debido a la cada de tensin provocada por la impedancia de las lneas detransporte. La mxima cada de tensin en la red no debe superar el 15% durante el arranque.

Durante la puesta en tensin de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar una cada de tensin que afecte al funcionamiento de los receptores, especialmente en caso de insuficiencia de la seccin de la lnea de alimentacin. En ocasiones, la cada puede llegar a ser perceptible en los aparatos de alumbrado.Los motores de jaula son los nicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un equipo simple. Tan slo las extremidades de los devanados del estator sobresalen de la placa de bornes. Dado que el fabricante determina de manera definitiva las caractersticas del rotor, los distintosprocesosde arranque consisten principalmente en hacer variar la tensin en los bornes del estator. En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la reduccin de la punta de corriente conlleva de manera automtica una fuerte reduccin del par de arranque.Para reducir las corrientes en el momento de la puesta en marcha de un motor asncrono se empleanmtodosespeciales de arranque, segn que lamaquinatenga su rotor en forma de jaula de ardilla o bobinado (con anillos).Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula de ardillaLos motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante losmtodos de arranque directooa tensin reducida.En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de distribucin. Estos inconvenientes no son tan importantes en motores pequeos, que habitualmente pueden arrancar a tensin nominal.La mxima cada de tensin en la red no debe superar el15%durante el arranque.Loscircuitoscon motores deben contar con interruptores que corten todas las fases o polos simultneamente y con protecciones que corten automticamente cuando la corriente adquieravalorespeligrosos.En los motores trifsicos debe colocarse una proteccin automtica adicional que corte el circuito cuando falte una fase o la tensin baje de unvalordeterminado.Arranque directoEstemtodode arranque es el ms sencillo y se emplea en motores de pequea potencia (o en motores grandes si estn conectados auna redelctrica independiente de tal manera que su corriente de arranque no afecte a otros consumidores). Consiste en arrancar el motor conectndolo a su tensin asignada. Este mtodo se emplea nicamente en maquinas de una potencia inferior a 5Kw.Un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensin nominal a la que debe trabajar.Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las lneas de alimentacin incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se reduzca la cada de tensin. La intensidad de corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8 veces mayores que la corriente nominal del motor. Su ventaja principal es el elevado par de arranque, que es 1.5 veces el nominal.

Siempre que sea posible conviene arrancar los motores a plena tensin por el gran par de arranque que se obtiene, pero si se tuvieran muchos motores de media y gran potencia que paran y arrancan en forma intermitente, se tendr un gran problema de perturbaciones en la red elctrica.Por lo tanto, de existir algn inconveniente, se debe recurrir a alguno de los mtodos de arranque por tensin reducida.Arranque a tensin reducidaExisten variosprocedimientosde arranque que consisten en alimentar al motor con una tensin inferior a la asignada en el momento del arranque para despus, cuando el rotor ya est girando, irla aumentando hasta alcanzar su valor asignado. De esta manera, al tener en el arranque una tensin inferior a la asignada la corriente de arranque disminuye, pero tambin el par de arranque. Esto hay que tenerlo en cuenta y comprobar que el par de arranque del motor a tensin reducida es suficientemente grande como para que se cumpla la condicin de arranque. Por esta razn, estos procedimientos de arranque slo se pueden utilizar si el motor se arranca sin carga o con cargas mecnicas que no ejerzan un par resistente elevado a bajas velocidades.Para conseguir reducir la tensin durante el arranque se pueden emplear varios mtodos: un autotransformador, un arrancador electrnico, conectar impedancias en serie con el estator. En los motores trifsicos uno de los ms empleados es el arranque estrella-tringulo.

Curvas par-velocidad a tensinasignada y a tensin reducida(arranque estrella-tringulo) Curvas par-velocidad a tensinasignada y a tensin reducida(arranque estrella-tringulo)Arranque por autotransformadorConsiste en intercalar un autotransformador entre la red y el motor, de tal forma que la tensin aplicada en el arranque sea solo una fraccin de la asignada. El proceso puede realizarse en dos o tres escalones y con tensiones no inferiores al 40, 60 y 75% de la tensin de la lnea.Se aplica a motores cuya potencia nominal es mayor que 5Kw. El autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-triangulo, salvo por el hecho de que la tensin reducida en el arranque se logra mediante bobinas auxiliares que permiten aumentar la tensin en forma escalonada, permitiendo un arranque suave.Su nico inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daos perjudiciales al sistema mecnico o a la maquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o rodamientos del motor, producido por los grandes esfuerzos realizados en el momento de arranque.Este mtodo de arranque es posible solo en los casos cuando el par de frenado durante el arranque no es grande. De lo contrario el motor no podr iniciar la marcha.Una variante menos usada es la conexinKusa, en la que durante el proceso de arranque se intercala unaresistenciaen uno de los conductores de lnea.Es decir, que la corriente de arranque depende de la tensin de alimentacin del motor. Si disminuimos la tensin de alimentacin en el momento del arranque, reduciremos la corriente de arranque. Una vez que el motor alcance una determinada velocidad, con s