Alternadores y Motores Ac - t

7/29/2019 Alternadores y Motores Ac - t

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MMQUINAS SQUINAS SNCRONASNCRONAS

ALTERNADOR:

Es una mquina elctrica que transformala energa mecnica en energa elctricabajo la forma de corriente alterna.
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PRODUCCIN DE UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ ALTERNA SENOIDAL

Se basa en el fenmeno de induccin electromagntica y puede realizarse de dosformas:

1) Mediante el giro de unos conductores (devanando inducido) en un campomagntico fijo (campo inductor), como indica la figura 1.

ALTERNADOR SALTERNADOR SNCRONONCRONO


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PRODUCCIN DE UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ ALTERNA SENOIDAL

2) Mediante el giro de unos electroimanes (inductores) cuyo flujo magnticoincide sobre unos conductores fijos (devanado inducido), como indica lafigura. Es el sistema utilizado por los alternadores de gran potencia.

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CONSTITUCIN DEL

ALTERNADOR DEINDUCIDO FIJO

Consta bsicamente dedos partes (fig.):1) Sistema inductor mvil

o rotor: formado por losncleos polares (a) y lasbobinas (b) que enconjunto forman la ruedapolar, con los anillos yescobillas (c) por donde

se conecta la lnea dealimentacin en corrientecontinua al devanadoinductor.



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CONSTITUCIN DEL


2) Sistema inducido f ijo oesttor: formado por unacorona de chapa

magntica con ranuras (d)en las que van alojadoslos conductores queforman los tresdevanados (en elalternador trifsico) cuyos

principios y finales estnconectados a la placa de

bornes.



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CONSTITUCIN DEL


En el mismo eje delalternador suele ir ungenerador de corr iente

continua (dnamoexcitatriz) de muchamenor potencia que elalternador y que producela corriente dealimentacin deldevanado inductor.



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PRODUCCIN DE UN SISTEMA TRIFSICO DE FUERZAS

ELECTRO-MOTRICES. DEVANADO INDUCIDOEn el alternador de inducido fijo (ver fig.), se producen tres fuerzaselectromotrices desfasadas entre s un tercio de perodo en tresconductores separados entre s 120 elctricos (1/3 de la distanciaentre polos del mismo nombre); teniendo en total el inducido de unalternador de (p) pares de polos 360p grados elctricos; porque

en una vuelta de la rueda polar pasan bajo un conductor p polosdel mismo nombre.



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VELOCIDAD DEL ALTERNADORPara que las fuerzas electromotrices inducidas en los conductores

sean de frecuencia fija (50 Hz en Europa) es necesario que el alternadormantenga una velocidad fija (velocidad sncrona), segn el nmero depolos.

La velocidad sncrona es directamente proporcional al valor de lafrecuencia que se desea obtener e inversamente proporcional al nmerode pares de polos (p) de la mquina; porque al pasar en cada vuelta dela rueda polar p polos del mismo nombre bajo un mismo conductor serealizan en ste p ciclos elctricos.


n = 60 f

p

n : Velocidad sncrona en r.p.m.p: Pares de polos del inductor.f : Frecuencia (Hz).


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FUERZA ELECTROMOTRIZ GENERADA POR FASE

En una bobina, dentro de un campo magntico de variacinsenoidal se engendra una f.e.m. senoidal. La fuerza electromotrizengendrada por fase en un devanado.

Coeficiente de Acortamiento.



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COEFICIENTE DE DISTRIBUCIN DEL BOBINADO. Kd

El devanado suele estar formado en cada fase por varios grupos debobinas distribuidas en ranuras, de forma que cada fase tiene msde una ranura bajo cada polo; por lo que las fuerzas electromotricesengendradas en las bobinas no se suman aritmticamente. El valorterico de la f.e.m. por fase (suma aritmtica) se multiplica por elcoeficiente Kd que suele ser 0,96 para los devanados trifsicos.

Coeficiente de acortamiento.

COEFICIENTE DE ACORTAMIENTO. KaEl devanado trifsico suele ser de paso acortado. La distancia entrelados activos de la bobina es menor que la distancia entre polos denombre contrario (paso polar). Las fuerzas electromotrices inducidasen cada lado de la bobina no estn en fase. Para tener en cuentaeste efecto de reduccin, la f. e. m. terica de la bobina (sumaaritmtica de f. e. m. en los dos lados de misma) se multiplica por elcoeficiente Ka menor que la unidad



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PROBLEMAS DE APLICACIN

Un alternador tr ifsico tiene 300 espiras por fase y est conectado en estrella. El rotor

es exapolar y gira a 1000 r.p.m. El paso del devanado inducido coincide con el pasopolar (paso diametral) y el flujo t il por polo es 15 106 Mx. Considerando el bobinadocon un


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BOBINADO INDUCTOR

Es el bobinado que rodea las piezas polares y es recorrido porcorriente continua. Los alternadores de potencia suelen ser deinductor giratorio.El inductor de los alternadores acoplados a una turbina hidrulica esde gran nmero de polos y del tipo de polos salientes. Losturboalternadores, movidos por una turbina de vapor a elevada

velocidad, tienen el inductor bipolar y de polos lisos.



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BOBINADO INDUCTOR (continuacin)Adems de las bobinas inductoras los alternadores llevan en surueda polar un devanado amortiguador constitui-do por barras decobre que atraviesan las expansiones polares en sentido axial ypuestas en cortocircuito mediante dos anillos (fig.).Este bobinado favorece el sincronismo del alternador en el

funcionamiento en paralelo.



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REGULACIN DE TENSIN DEL ALTERNADORLa fuerza electromotriz engendrada en los conductores del inducidoes directamente proporcional al valor del flujo magntico inductor.Se regula la tensin del alternador variando dicho flujo mediante laregulacin de la intensidad de alimentacin del devanado inductorIe (intensidad de excitacin).

La curva de vaco del alternador (fig.), es la curva de la fuerzaelectromotriz por fase en funcin de la intensidad de excitacin paravelocidad de giro constante.



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IMPEDANCIA SNCRONA

Cada fase del alternador se considera formada por una resistenciaRf y una reactancia Xf (reactancia sncrona) que incluye lareactancia propia de las bobinas y la reactancia debida a lareaccin del inducido al funcionar el alternador en carga.

La impedancia por fase Zf sncrona se calculamediante dos ensayos:1) Ensayo en vaco,

mediante el cual se obtienela curva de vaco Ef=f(Ie)para una velocidadconstante



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2) Ensayo en cortocircuito,

cortocircuitando la salida delalternador se obtiene la curva decortocircuito (Intensidad decortocircuito por fase en vaco enfuncin de la intensidad deexcitacin) Icc=f(le) para la mismavelocidad de rotacin que en elensayo de vaco (ver fig.).

La impedancia sncrona parauna velocidad e intensidad deexcitacin determinada



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PROBLEMAS DE APLICACIN:1 Un alternador trifsico, conectado en estrella, de 1000 kVA, 50 Hz, 11000

Y, 750 r.p.m. se somete a los siguientes ensayos:1) Ensayo de resistencia en corriente continua. Tensin entre fases 6 V eintensidad de corriente por fase 10 A.

2) Ensayo de cortocircuito a 750 r.p.m. Intensidad de excitacin 12,5 A eintensidad de lnea 52,5 A (intensidad nominal).

3) Ensayo en vaco a 750 r.p.m. Intensidad de excitacin 12,5 A y tensin delnea en vaco 420 V. Calcular:

a) Resistencia efectiva por fase considerando un coeficiente por efectosuperficial de 1,2. b) Impedancia sncrona.

c) Reactancia por fase.SOLUCIN:a) En el ensayo de corriente continua (fig. 9.11), se obtiene la resistencia hmica entre

dos fases.R=V/I=6/10=0,6

La resistencia hmica de los conductores de gran seccin recorridos por corrientealterna se ve afectada por el efecto superficial, que consiste en la concentracin decorriente en la zona prxima a la periferia del conductor. Para tener en cuenta esteincremento de



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DIAGRAMA VECTORIAL Y CIRCUITO EQUIVALENTE POR FASEDIAGRAMA VECTORIAL Y CIRCUITO EQUIVALENTE POR FASE

El circuito equivalente por fase (ver fig.), consiste en una fuente detensin alterna senoidal Efen serie con la resistencia de fase Rf y

con la reactancia de fase Xf.

En los alternadores de granpotencia la resistencia de fase esmucho menor que la reactanciade fase por lo que se suelesimplificar el circuito equivalentesuprimiendo la resistencia.

DIAGRAMA VECTORIAL Y CIRCUITO EQUIVALENTE PORDIAGRAMA VECTORIAL Y CIRCUITO EQUIVALENTE PORFASEFASE



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El diagrama vectorial por fase (verfig.), es la represen-tacin grfica dela ecuacin del circuito equivalente.Para el circuito equivalentesimplificado la ecuacin es:

Ef= Vf+ XfIf

En el diagrama vectorial la potenciaactiva P que suminis-tra el alternadorpuede representarse por el segmento

AB' a escala.

La potencia reactiva Q quesuministra el alternador puederepresentarse por el segmento AA' aescala.

DIAGRAMA VECTORIAL Y CIRCUITO EQUIVALENTE PORDIAGRAMA VECTORIAL Y CIRCUITO EQUIVALENTE PORFASEFASE



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PROBLEMAS DE APLICACINUn alternador trifsico, con el inducido conectado en estrella,

est suministrando una potencia de 10 000 kW con una tensinde lnea de 20 kV y con una intensidad de lnea de 400 A.Calcular:a) Potencia aparente.b) Factor de potencia de la

carga.c) Valor de la f.e.m. engendrada por fase si la reactanciapor fase es 1 Sl y la resistencia hmica por fase despreciable.

SOLUCIN:a) La potencia aparente S=3 Vr lr = 3 20400 = 13 856 kVA



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El valor de la f.e.m. de fase segn eldiagrama vectorial (ver f ig.).



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EXCITACIN DELALTERNADOR

La produccin de corrientecontinua para alimentar eldevanado inductor que generael campo magntico (excitacin

del alternador) se realiza devarias formas:

1) Mediante dnamoexcitatriz acoplada al eje delalternador (fig. 9.15).

2) Mediante excitatriz piloto,que a su vez alimenta a ladnamo excitatriz (fig. 9.16).

EXCITACIEXCITACIN DEL ALTERNADORN DEL ALTERNADOR



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Ambas acopladas al eje delalternador.Este sistema mejora laregulacin de tensin con

tiempos de actuacin muycortos.3) Mediante alternador auxi-liar acoplado al eje delalternador (ver fig. superior).El alternador auxiliar es deinducido mvil y su tensin se

rectifica mediante bloquerectificador unido al eje, por loque el sistema no tieneescobillas.4) Mediante autoexcitacin. Elalternador (con muchomagnetismo remanente en las

piezas polares) es excitado apartir de su salida en corrientealterna por medio de unsistema rectificador (ver fig.inferior).

EXCITACIEXCITACIN DEL ALTERNADORN DEL ALTERNADOR


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ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE ALTERNADORES TRIFACOPLAMIENTO EN PARALELO DE ALTERNADORES TRIFSICOSSICOS

Para acoplar un alternador a una red trifsica es necesario que secumplan las condiciones siguiente:

1) Igualdad de frecuencias del alternador y de la red. Se observa mediantefrecuencmetros.

2) Igualdad de tensiones del alternador y de la red. Se observa mediantevoltmetros.

3) Igual orden de sucesin de fases entre el alternador y la red. Mediante unpequeo motor asncrono trifsico se observa la sucesin de fases segn elsentido de giro.

4) En el instante de conexin las tensiones homlogas del alternador y de la reddeben estar en fase. Se observa mediante un aparato llamadosincronoscopio.



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a) Sincronoscopios delmparas (ver fig.).La sincronizacincorresponde al apagado deuna lmpara L, y al mximo

brillo de L2 y L3.

b) Sincronoscopio de aguja.Es un pequeo motor conuna aguja solidaria al rotorde forma que indica el

sincronismo y si elalternador va retrasado oadelantado respecto a lared.




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Las maniobras de acoplamientodel alternador a la red (verfig.) son:

A) Conexin.

1) Se pone en marcha el motor quehace girar el alternador.

2) Se regula la corriente deexcitacin hasta obtener enbornes del alternador una tensinligeramente superior a la de lared.

3) Se observa la igualdad defrecuencias.

4) Se conecta el interruptor gene-ralcuando el sincronoscopio indiquesincronismo entre el alternador yla red.




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B) Reparto de carga.

Para regular la potencia activa se actasobre el regulador de velocidad de la turbina. Para regular la potencia reactiva se acta

sobre la excitacin del alternador.

C) Desconexin.

Se disminuye la intensidad suministrada por

el alternador actuando sobre el regulador dela velocidad de la turbina.

Cuando el alternador no suministraintensidad se desconecta ste de la red.

Se disminuye la intensidad de excitacin. Se para la turbina o motor de accionamiento.


En muchas instalaciones modernas se efecta el acoplamiento automticamente.Un sistema de control que acta segn el sincronoscopio y la diferencia defrecuencias y tensiones conecta el interruptor automtico de acoplamiento.


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A un juego de barras comunes de una red trifsica de 5 000 V, 50 Hz quiereacoplarse un alternador con el inducido conectado en estrella. La resistencia delinducido por fase se considera despreciable y la reactancia sncrona es de 2 11.Se cierra el interruptor de conexin en paralelo cuando el alternador est enperfecto sincronismo con la red y con tensin de lnea en bornes de 5 004 V.Calcular la intensidad de corriente por fase del inducido en el instante deconexin (intensidad de corriente sincronizante).

En sincronismo la f.e.m. est desfasada 180

con la tensin en barras.SOLUCION:


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MOTOR SMOTOR SNCRONONCRONO

El alternador es reversible, conectado a una red de corriente alterna

consume energa elctrica y gira a velocidad constante (sncrona)suministrando energa mecnica; pero hay que llevarlo antes de la conexin ala velocidad de sincronismo.

Un devanado trifsico al ser recorrido por un sistema trifsico de corrientesorigina un campo magntico que gira a la velocidad sncrona. En la figura 9.21se observa la posicin del campo magntico en cuatro instantes a lo largo de

un perodo y cmo va cambiando su posicin de forma giratoria. Si la ruedapolar ya est rotando a esta velocidad sncrona es arrastrada por el campomagntico giratorio (ver fig.).


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Si la rueda polar ya est rotando a esta velocidad sncrona es arrastrada porel campo magntico giratorio (ver fig.).

El motor sncrono funciona siempre a lavelocidad sincrnica y para el arranquenecesita ser lanzado a esa velocidad. Estopuede realizarse mediante dos procedimientos:

1) Si el motor dispone de bobinado

amortiguador puede arrancarse como motorasncrono trifsico con un autotransformador dearranque y el devanado de excitacin cerradosobre una resistencia de descarga. Cuando lavelocidad est prxima a la de sincronismo seconecta el circuito de excitacin y el motorqueda en marcha normal.

2) Mediante motor auxiliar. Se conecta igualque un alternador y despus se desacopla elmotor auxiliar de arrastre, quedando el motorsncrono en marcha normal.


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CIRCUITO EQUIVALENTE Y DIAGRAMA VECTORIALCIRCUITO EQUIVALENTE Y DIAGRAMA VECTORIAL

El circuito equivalente es el mismo que el delalternador (fig. sup.), pero al funcionar como receptor,la f. e. m. engendrada en el inducido es una fuerzacontraelectromotriz.

La ecuacin del circuito equivalente simplificadopor fase es:

Vf = Ef+ X fI f

El diagrama vectorial es la representacin grficade la ecuacin del circuito equivalente (fig. inf.).

En el diagrama vectorial la potencia activa Pconsumida por el motor se representa por el segmento

AB' a escala.

La potencia reactiva Q consumida por el motor serepresenta por el segmento AA' a escala.



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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor sncrono de 500 CV, 6 000 V, 50 Hz, trifsico, con el inducido

conectado en estrella, tiene una resistencia despreciable y una reactanciasncrona por fase de 3 0. Calcular la fuerza contraelectromotriz por fase a plenacarga con factor de potencia 0,8 en adelanto y rendimiento 92 %.

SOLUCIN:


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MOTOR ASMOTOR ASNCRONONCRONO

MOTOR ASMOTOR ASNCRONO TRIFNCRONO TRIFSICO:SICO:

Es el motor tri fsico que gira a una velocidad diferente de la sncrona.

CONSTITUCIN DEL MOTORASNCRONO TRIFSICOEst bsicamente constituido por :1) Parte fija o esttor(fig. 10.1): formadopor una corona de chapas magnticasaisladas entre s y con ranuras en dondeestn alojados tres devanados idnticos,desfasados 120 elctricos, y cuyosterminales estn conectados en la placade bornes. Los bornes estn dispuestosde forma que se facilita la operacin deefectuar la conexin estrella o Tringulo

segn la tensin de la red y la tensin queadmiten los devanados (la mquina tienedos tensiones nominales, la menor paratringulo y la mayor para estrella).


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CONSTITUCIN DEL MOTOR

ASNCRONO TRIFSICO2) Parte mvil o rotor(fig. 10.2):formado por un cilindro de chapasmagnticas aisladas entre s y conranuras en donde va alojado eldevanado rotrico. Este devanadopuede ser en jaula de ardilla

(formado por barras de aluminio,unidas por los extremos a dosanillos) o de rotor bobinado(formado por un devanado trifsico,construido para el mismo nmerode polos que el del esttor yconectado en estrella a tres anillos,

conexionados en cortocircuitomediante un restato).



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PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO DEL MOTORASNCRONO TRIFSICO

El devanado trifsico, cuando esrecorrido por un sistema trifsico decorrientes, produce un campomagntico giratorio a la velocidadsincrnica n1 .Este campo magntico giratorioinduce en los conductores deldevanado rotrico (fig. 10.3) fuerzaselectromotrices, las cuales originancorrientes elctricas que hacen giraral rotor en el mismo sentido que elcampo magntico, pero convelocidad n2 ligeramente menor quela sncrona (para que haya corte deflujo por los conductores del rotor).



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PLACA DE CARACTERSTICAS DE UN MOTORLa placa de caractersticas de un motor elctrico tiene dos tipos de datos,llamados nominales.

1)Datos constructivos, de control y de identificacin.

2) Datos tcnicos: potencia de plena carga (potencia til que es capaz de

suministrar en rgimen de funcionamiento continuo sin que elcalentamiento sea excesivo) ; tensin para la que est construido;frecuencia de la red de alimentacin; intensidad que absorbe a plenacarga; velocidad a plena carga en r.p.m. y factor de potencia a plenacarga.El motor asncrono trifsico tendr dos tensiones y dos intensidadesnominales, porque la conexin puede ser estrella o tringulo segn latensin de la red.


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DESLIZAMIENTO DEL MOTOREl deslizamiento absoluto n es la diferencia entre la velocidad sncrona n1, delcampo giratorio y la velocidad del rotorn2 n = n1 - n2Deslizamiento relativo es el cociente entre el deslizamiento absoluto y lavelocidad sncrona. Se suele expresar en tanto por cien.

La frecuencia de las corrientes rotricas f2es funcin del deslizamiento. Secalcula multiplicando la frecuencia de la red de alimentacin f por eldeslizamiento relativo.


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1 Un motor asncrono trifsico indica en su placa de caractersticas unavelocidad de 720 r.p.m. y frecuencia 50 Hz. Calcular:a) Nmero de polos del motor.b) Deslizamiento absoluto y relativo a plena carga.SOLUCION:a) La velocidad del motor es algo inferior a la velocidad del campo giratorio

(velocidad sncrona).

p = 60 f= 6050 = 4,17; p= 4; 2p = 8polosn1 720

b) La velocidad de rotacin del campo giratorio:

n1= 60 f = 60 X 50 = 750 r.p.m.p 4


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Se consiguepermutando dosconductorescualesquiera de los

tres que forman lalnea dealimentacin almotor (fig. 10.4);porque as cambiael sentido del campo

magntico giratorio.

CAMBIO DE SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR ASNCRONO TRIFSICO


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BALANCE DE POTENCIAS EN EL MOTOR ASNCRONO

Como en todas las mquinas, la potencia til Pu es la potencia absorbida Pabmenos las prdidas de potencia, que se transforman en calor.La potencia transmitida del sttor al rotor, llamada potencia electromagnticaPem es (despreciando las prdidas en el hierro del esttor) la potenciaabsorbida Pab menos las prdidas en el devanado del esttor Pcu1

La potencia mecnica desarrollada Pme es la potencia electromagnticamenos las prdidas en el devanado del rotor Pcu2


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La potencia til es la potencia mecnica desarrollada menos la potenciaperdida por rotacin Prot (prdidas mecnicas y en el hierro).

La suma de las prdidas por rozamiento y las prdidas en el hierro delcircuito magntico (histresis y corrientes parsitas) es un valorprcticamente constante, por ello, aunque no sea conceptualmentecorrecto, se suelen considerar conjuntamente como prdidas por rotacin.

BALANCE DE POTENCIAS EN EL MOTOR ASNCRONO


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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor asncrono trifsico est conectado a una red de 230 V de tensin.

Su potencia til es igual a 11 kW, el rendimiento a plena carga es del 80 %y el factor de potencia del motor 0,82. La intensidad que consume en vacoes el 30 % de la intensidad de plena carga y el factor de potencia en vacoes 0,2. Calcular: a) Potencia absorbida por el motor a plena cargab) Las prdidas por rotacin porcentuales despreciando las prdidas porefecto Joule en los devanados en vaco.

SOLUCIN


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MOMENTO DE ROTACINEl momento de rotacin o par motor se crea debido a la interaccin

del campo magntico giratorio del esttor con las corrientes rotricas. Esdirectamente proporcio-nal al valor del campo magntico giratorio y a lacomponente activa de la corriente elctrica en el rotor. I2 cos 2.


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La influencia del factor de potencia del rotor se observa en el motor bipolar de lafigura de arriba. El campo giratorio est representado por dos polos ficti-cios quegiran alrededor del rotor.

Se observa que el desfase de la intensidad un ngulo 2 respecto a la f. e. m.del rotor provoca una disminucin del momento de giro, porque la fuerzadesarrollada sobre algunos conductores del rotor se opone a la rotacin de ste enel sentido del campo magntico giratorio.


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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor asncrono trifsico indica en su placa de caractersticas 7,5 CV,220/380 V; 21/12 A, 50 Hz, cosp =0,86, 1420 r.p.m. Calcular cuando elmotor funciona a plena carga conectado a una lnea trifsica de 380 V, 50Hz:a) Potencia absorbida.b) Momento de rotacin nominal.

SOLUCIN


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CARACTERSTICA MECNICA

Es la curva que representa el par motor o momento de rotacin en funcinde la velocidad de giro (ver fig.).

Esta curva permiteestudiar elfuncionamiento del motor

segn su carga. Si lacarga aumenta el motorreduce su velocidad paraaumentar el momento derotacin, pero si la cargaes demasiado grande, demanera que sobrepase el

momento mximo, elmotor se para.


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RELACIN DE POTENCIAS EN EL ROTORLas prdidas de potencia en el devanado del rotor crecen con eldeslizamiento.La potencia perdida en el devanado rotrico se calcula multiplicando lapotencia transmitida del esttor al rotor (potencia electromagntica) por eldeslizamiento relativo.

Segn el balance de potencias del motor, la potencia elctrica transformadaen mecnica (potencia mecnica desarrollada).


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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor asncrono trifsico de 380/220 V, 22/38 A, 50 Hz, cos =0,87, 2880 r.p.m. seconecta a una lnea trifsica de 380 V, 50 Hz. La resistencia de cada fase del devanado

estatrico es de 1,2 , las prdidas en el circuito magntico son 400 W y las prdidas porrozamiento y ventilacin son 300 W. Calcular:

a) Potencia absorbida. b) Potencia electromagntica.c) Potencia mecnica desarrollada. d) Potencia til.e) Rendimiento. f) Momento de rotacin til.

SOLUCIN



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VARIACIN DEL MOMENTO DE ROTACINLas variaciones de las caractersticas de utilizacin del motor afectan a

su funcionamiento. Son tiles las siguientes relaciones:

1) El par motor a cualquier velocidad es proporcional al cuadrado de latensin de alimentacin. Como consecuencia tambin la potencia til(proporcional al par motor y a la velocidad angular) es proporcional al

cuadrado de la tensin de alimentacin.2) El par motor o momento de rotacin es inversamente proporcional alcuadrado de la frecuencia de la red de alimentacin. Como consecuencia,la potencia til vara en razn inversa de la frecuencia.

Si se vara la frecuencia de alimentacin a un motor, la tensin debevariar en la misma proporcin para mantener aproximadamente iguales los

valores de: momento de rotacin mximo y de arranque, factor de potencia,rendimiento y calentamiento de la mquina.


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3) El par motor esproporcional aldeslizamiento en la -zonade funcionamiento habitualdel motor.4) El par motor est muyinfluenciado por el valor dela resistencia del bobinadorotrico (ver fig.). Para undeterminado momento derotacin el deslizamientoes directamenteproporcional a laresistencia del rotor.

VARIACIN DEL MOMENTO DE ROTACIN


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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor asncrono trifsico de 10 CV, 950 r.p.m., 230/400 V, 50 Hz, se conectaa una red trifsica de 400 V, 50 Hz. Si la tensin de la red baja a 300 V, calcular:a) Potencia til de plena carga.b) Momento de rotacin til de plena carga.

SOLUCIN

VARIACIN DEL MOMENTO DE ROTACIN


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ARRANQUE DE MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS

ARRANQUE DIRECTO DEL MOTOR ASNCRONO TRIFSICO

En el instante de la conexin el motor funciona como un transformadorcon el secundario (devanado rotrico) en cortocircuito, por lo que laintensidad es muy elevada.Para evitar corrientes excesivas, el arranque por conexin directa a la redse puede hacer cuando el motor arranque en vaco o cuando se conecteen carga siendo su potencia menor de unos 5 CV; (se admite el arranquedirecto en carga en motores de mayor potencia que tengan jaula de ardilladoble o de ranuras profundas para aumentar la resistencia del devanadorotrico en el arranque, lo que disminuye la intensidad en ese instante).


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1) Arranque estrella-tringulo(ver fig.). Consiste en conectar el

motor en estrella en el arranque ypasar a conexin tringulo para lamarcha normal. Se utiliza enmotores cuya menor tensincoincide con la de la lnea dealimentacin. Se consigue as quela tensin de fase en el arranque

se divida por j . El momento derotacin y la intensidad en elarranque resultan divididos por 3.

ARRANQUE A TENSIN REDUCIDA

Para conectar los motores de elevada potencia a la red y limitar la corriente enel momento de conexin, se baja la tensin de alimentacin en el arranque,mediante dos mtodos:



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2) Arranque con utotransformador.Se suele utilizar en motores de granpotencia. Cuando el motor adquieresu velocidad normal se desconecta el

autotransformador, (posicin 2 delinterruptor de la figura). Si la relacinde transformacin es m, el momentode rotacin y la intensidad en elarranque resultan divididos por m2.



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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor asncrono trifsico de 20 CV, 220/380 V, 50 Hz, 940 r.p.m., 48/27,7 A,

absorbe en reposo 5 veces la corriente de plena carga y desarrolla 1,5 veces el

momento de rotacin nominal, cuando arranca conectado a la tensin nominal. Si seconecta en estrella a una red de 220 V, 50 Hz. Calcular:a) Intensidad absorbida en el arranque, yb) b) Momento de rotacin en el arranque.

SOLUCINa) Cuando el motor arranca conectado a la tensin nominal de 220 V con la conexin

correspondiente a esa tensin (conexin tringulo), la intensidad de arranque es:I = 5 x 48 = 240 A

La conexin en estrella del motor debe hacerse a 380 V. Cuando se conecta enestrella a 220 V, la relacin de tensiones es: 380 = 3

220


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EJERCICIO PROPUESTO

Un motor asncrono trifsico de 7,5 CV, 380/660 V, 12/6,9 A, 1420 r.p.m.,cos =0,85, 50 Hz, se conecta a una lnea trifsica de 380 V, 50 Hz. Elmomento de arranque es el doble del nominal. Calcular:a) Potencia absorbida a plena carga.b) Rendimiento a plena carga.c) Momento de arranque.d) Momento de arranque si se efecta la conexin estrella-tringulo para el

arranque. Solucin: a) 6713,4 W; b) 82,2 %; c) 74,24 Nm; d) 24,75 Nm.


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ARRANQUE DEL MOTOR ASNCRONO TRIFSICO PORRESISTENCIAS ROTRICAS

Se utiliza en motores con rotor bobinado. Consiste en la conexin de unrestato trifsico a los anillos del rotor en el momento del arranque, y la

progresiva anulacin de las resistencias a medida que el motor adquierevelocidad.

Al aumentar, en el arranque, la resistencia del circuito rotrico, porinclusin de las resistencias del restato, se limita la intensidad absorbida enel momento de la conexin.




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REGULACIN DE LA VELOCIDADLa velocidad de los motores asncronos depende de la frecuencia de la red de

alimentacin y del nmero de polos del devanado, siendo sensiblemente

constante, aunque puede variar algo con la carga segn la caractersticamecnica.

Puede variarse la velocidad mediante el cambio del nmero de polos. Cuantomayor sea el nmero de polos del devanado menor ser la velocidad de rotacin.La variacin de la velocidad se hace con varios devanados trifsicosindependientes con distinto nmero de polos o con devanados especiales de polosconmutables llamados devanados Dahlander (con relacin de polos 2:1), mediante

tomas de conexin intermedias en cada fase, como se indica en la figura 10.10,con devanado Dahlander de 2 y 4 polos.


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REGULACIN DE LA VELOCIDAD EN LOS MOTORES DE ROTORBOBINADO

La velocidad de los motores trifsicos asncronos de rotor bobinado puederegularse variando la resistencia de un restato conectado a los anillos del

bobinado rotrico. El aumento de resistencia intercalada en el devanado delrotor obliga a bajar la velocidad de giro del motor para seguir moviendo lacarga mecnica acoplada. Este sistema es poco utilizado porque disminuye elrendimiento del motor debido a las prdidas de potencia en el restato.

La velocidad se controla de forma muy completa mediante el cambio defrecuencia de la red de alimentacin. Se utiliza un convertidor de frecuenciaasociado a un sistema que ajusta la tensin varindola en el mismo sentido

que la frecuencia.


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FRENADO DEL MOTOR ASNCRONOLos procedimientos elctricos de frenado ms utilizados son:

1) Frenado a contracorriente, intercambiando los conductores de la red dealimentacin.

2) Frenado por introduccin de corriente continua en el devanando

estatrico, que previamente se desconecta de la red de alimentacin.

3) Frenado haciendo funcionar el motor como generador asncrono. Alhacer girar el motor asncrono en el sentido del campo giratorio convelocidad superior a la sincrnica, absorbe energa mecnica y cedepotencia activa a la red; pero consume la potencia reactiva necesaria paracrear el campo magntico.

La potencia reactiva puede ser suministrada por una batera decondensadores y, si la mquina tiene magnetismo remanente, puedefuncionar como generador independientemente de la red de alimentacin.


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APLICACIONES ESPECIALES DE LA MQUINA ASNCRONA DELMOTOR ASMOTOR ASNCRONO DE ROTOR BOBINADONCRONO DE ROTOR BOBINADO

1) Convertidor de frecuencia.

El motor asncrono de rotor bobinado arrastrado a velocidad n2 en

sentido contrario al campo giratorio n, puede suministrar, por eldevanado rotrico, una tensin a la frecuencia f2.

f2 =

p (n1 +n 2)

60


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PROBLEMAS DE APLICACINUn motor asncrono trifsico de rotor bobinado, de 8 polos, funciona a 60

Hz accionado por una mquina motriz de velocidad variable comocambiador de frecuencia. Calcular la frecuencia en el rotor en los casossiguientes: a) Si se hace girar a 1350 r.p.m. en sentido opuesto a la derotacin del campo giratorio. b) Si se hace girar a 450 r.p.m. en el mismosentido del campo magntico giratorio.

SOLUCIN


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MOTOR ASNCRONO MONOFSICOEs el motor monofsico cuya velocidad es distinta de la sncrona.Su constitucin es similar a la del motor asncrono trifsico con rotor

enjaula de ardilla, pero en el esttor tiene slo dos devanados (principal ode trabajo y auxiliar o de arranque) desfasados entre s 90 elctricos.

PRINCIPIO DEFUNCIONAMIENTO DEL MOTOR

ASNCRONO MONOFSICOEl campo magntico producido

por una corriente alterna al circularpor un devanado es alternativo, nogiratorio; por lo que el motornecesita en el arranque unlanzamiento mecnico o, lo que es

ms usual, otro devanado auxiliar.Dos devanados desfasados 90

elctricos y recorridos por corrientesalternas desfasadas entre s..


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..1/4 de perodo (90), originanun campo magntico giratorio (ver fig.),que hace moverse al rotor condevanado en jaula de ardilla.

Una vez lanzado el motor en un

sentido el rotor continua girando, auncuando se suprima el devanado auxiliar,debido a la accin del campo magnticodel esttor sobre el campo magnticodel rotor.

Se consigue que el motor inicie el

giro en sentido contrario invirtiendo laconexin de uno de los devanados,principal o auxiliar.


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MOTOR MONOFSICO CON CONDENSADOR

En este motor se consigue eldesfase entre as corrientesconectando en serie con eldevanado de arranque un

condensador (ver fig.).

Cuando el motor alcanza lavelocidad normal un interruptorcentrfugo (T) desconecta eldevanado de arranque.


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PROBLEMAS DE APLICACIN263.1 Un motor asncrono monofsico de 0,75 CV, 220 V, cos (p=0,8, 50Hz, 2 900 r.p.m., rendimiento a plena carga 0,82, se conecta a una tensinde 220 V, 50 Hz. Calcular cuando funciona a plena carga:a) Potencia absorbida.b) Intensidad.c) Momento de rotacin.

SOLUCIN


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Este motor, llamado tambinde fase partida, consigue eldesfase entre las corrientes deldevanado principal y del de

arranque con un devanado dearranque de mucho mayorresistencia que el devanadoprincipal (ver fig.).

Cuando el motor alcanza lavelocidad normal un interruptor

centrfugo (T) desconecta eldevanado de arranque.

MOTOR MONOFSICO CON DEVANADO AUXILIAR DE RESISTENCIA


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MOTOR MONOFSICO DE ESPIRA EN CORTOCIRCUITO

Est bsicamente constituido por:

1) Esttor, formado por unacorona de chapas magnticasaisladas entre s y con polossalientes divididos en dos partes

(ver fig. ), una de ellas rodeadapor una espira en cortocircuito.El devanado monofsico puedeestar formado por bobinasarrolladas sobre los polos o poruna sola bobina sobre unacolumna de circuito magntico.


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2) Rotor, formado por untambor de chapas magnticasaisladas entre s y un devanadoen jaula de ardilla.El

funcionamiento del motor estbasado en lainduccin de unacorriente alterna en la espira encorto-circuito por efecto del flujomagntico variable deldevanadoprincipal. Esta corriente en laespira crea un campo opuesto al

campo magntico principal y lodesfasa en la mitad del polo


Est bsicamente constituido por:


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El funcionamiento del motor est basado en la induccin de una corrientealterna en la espira en corto-circuito por efecto del flujo magntico variabledel devanado principal. Esta corriente en la espira crea un campo opuesto alcampo magntico principal y lo desfasa en la mitad del polo.

El campo magntico resultante es giratorio y arrastra al rotor en el mismo

sentido de giro. El cambio de sentido de giro est determinado por el cambiode la posicin del rotor respecto a la espira en cortocircuito.


Funcionamiento:


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MOTOR UNIVERSAL

Es un motor monofsico que puede funcionar en corriente continua y encorriente alterna, y sus partes son:

1) Esttor, (ver fig.) formado poruna corona de chapas magnticasaisladas entre s y con polos salientes(a), sobre los cuales estn arrolladaslas bobinas polares o inductoras (b).


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MOTOR UNIVERSAL

Es un motor monofsico que puede funcionar en corriente continua y encorriente alterna, y sus partes son:

2) Rotor, formado por un

tambor de chapas magnticasaisladas entre s, con ranurasen las que se aloja un devanadoque se conecta al colec-tor dedelgas (c) y, medianteescobillas (d) est en serie conel devanado del esttor.


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El funcionamiento del motor se basa en la accin del flujo estatricosobre los conductores del rotor, recorridos por la corriente comn a ambos

arrollamientos.El sentido de la corriente no afecta al sentido de giro, porque cambia en

los dos devanados a la vez.Para cambiar el sentido de giro (fig. 10.20), se invierte la conexin en

uno de los devanados, estatrico o rotrico.La velocidad de este motor vara mucho segn el valor de la carga,

adquiriendo una gran velocidad en vaco.

MOTOR UNIVERSALFuncionamiento:


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Para cambiar el sentido de giro (ver fig. ), se invierte la conexin enuno de los devanados, estatrico o rotrico.

La velocidad de este motor vara mucho segn el valor de la carga,adquiriendo una gran velocidad en vaco.

MOTOR UNIVERSALInversin de giro:


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MOTOR PASO A PASO

Es una mquina que convierte impulsos de corriente elctrica en unmovimiento de traslacin (motor lineal) o de rotacin (motor giratorio). y suspartes son:

El motor giratorio pasoa paso est constituido,fundamentalmente, porun rotor de imnpermanente y un esttorcon electroimanes (verfigura).


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Su funcionamiento est basado en que sisucesivamente se van excitando los electroimanes por

impulsos de corriente elctrica, el rotor girar paso a pasoorientndose en el campo magntico del esttor.

La velocidad de rotacin depende del nmero de polos yde la frecuencia con que se repitan los impulsos decorriente elctrica.

Estos motores son de poca potencia. Se utilizan encircuitos de regulacin de procesos automticos paramaniobrar elementos mecnicos.

MOTOR PASO A PASOFuncionamiento:


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ELECCIN DE UN MOTOR

El motor para un determinado accionamiento se selecciona,principalmente, segn los criterios siguientes: Lnea de alimentacin,potencia, velocidad de rotacin, forma de la caracterstica mecnica,momento de arranque y condiciones de servicio.

1) Lnea de alimentacin. La red de suministro de energa fija el tipo decorriente, su frecuencia, y la tensin de alimentacin al motor. Medianteaparatos, llamados convertidores, puede cambiarse el tipo de corriente dealimentacin.

2) Potencia. Las potencia que necesita el motor depende del mecanismoque va accionar y el fabricante de dicho mecanismo suele aconsejar el motor

necesario. Se puede determinar la potencia necesaria efectuando el ensayode arrastrar el mecanismo con un motor elctrico calibrado (del que seconoce su rendimiento a distintas cargas) midiendo la potencia que consume.

Para que el motor tenga un buen rendimiento debe trabajar a su potencianominal.


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ELECCIN DE UN MOTOR

3) Velocidad de rotacin. Las necesidades del mecanismo a accionarpor el motor en cuanto a posibilidad de regulacin de velocidad pueden serde tres tipos:

- Velocidad constante (sin tener en cuenta las pequeas alteracionesoriginadas por variaciones de carga)

- Velocidad variable. Con varias velocidades, de valor fijo y que pueden

cambiarse de forma sucesiva.- Velocidad variable con regulacin continua de velocidad entre un lmite

superior y otro inferior.

4) Forma de la caracterstica mecnica. Segn la caracterstica devariacin del momento de giro en funcin de la velocidad de rotacin, losmotores elctricos pueden


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Alternadores y Motores Ac - t

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