Motores Trifasicos

 

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Motores de inducción trifásicos.

Es un motor de potencia pequeña, grande o media que no necesita de un circuto auxiliar de arranque, o sea , es mas simple, y mas liviano que un motor monofásico de inducción de la misma potencia, por eso representa un costo menor.

El estator de un motor de inducción consta de un número de espiras superpuestas dispuestas en un ángulo eléctrico de 120°. Cuando el devanado primario o estator está conectado a una alimentación de corriente alterna de tres fases, se establece un campo magnético rotativo que gira a una velocidad síncrona.

La dirección de rotación del motor depende de la secuencia de fases de las líneas de suministro, y el orden en que estas líneas están conectadas al estator. De este modo, intercambiando la conexión de cualquiera de dos terminales primarios el suministro  invertirá la dirección de rotación.

El número de polos y la frecuencia de la tensión aplicada determinan la velocidad síncrona de rotación en el estator del motor. Los motores están configurados normalmente para tener 2, 4, 6 u 8 polos. La velocidad síncrona, un término dado a la velocidad a la que girará el campo producido por las corrientes primarias, está determinado por la siguiente expresión.

Velocidad de sincronismo de rotación = (frecuencia 120 * alimentación) / Número de polos en el estator

Supongamos tres grupos de bobinas conectadas en triángulo, formando entre si ángulos iguales. Cada grupo de bobinas se conecta a una fase de la corriente alterna.

Como sabemos las corrientes trifásicas tienen distinta intensidad en cada fase y en cada momento que las consideramos, luego el valor del campo magnético generado por una fase dependerá de la intensidad en esta fase en el instante dado. De otra parte, al estar las intensidades desfasadas entre si 120 grados eléctricos en los tres devanados, los valores de los campos magnéticos generados también estarán desfasadas 120 grados.

Estos tres campos magnéticos existentes en cualquier instante, se combinaran para producir un campo magnético resultante, que va girando a medida que varia la intensidad de la corriente de las tres fases.

El siguiente dibujo representa las tres intensidades alternas de un sistema trifásico, cuyos devanados se ordenan en el estator de manera que, entre ellos haya un desfase de 120 grados entre si, así como que estas tres formas de onda pueden representar, a su vez, los valores de los campos magnéticos alternos generados por las tres fases.

Obsérvese que en el instante t1 el valor de la fase T es positiva y el de la fase S es negativa, lo que significa que por ellas circulan corrientes de sentido contrario, y por lo tanto crean polaridades distintas en los polos afectados por estas fases. La polaridad de estos campos se indica en el esquema del estator correspondiente indicado encima de la posición numero t1. Puede verse la ausencia de polaridad en las bobinas conectadas a la fase R mientras las bobinas afectadas por las fases R y T crean un campo magnético resultante de posición intermedia entre los polos formados y de sentido norte a sur como puede verse en la figura.

Fig. Principio de funcionamiento del motor eléctrico trifásico

En el instante entre t1 y t3 la fase T tiene un valor nulo y las fases S y R valores iguales y de signo contrario. De ello se deduce que el campo magnético resultante habrá girado 60 grados. Siguiendo el mismo razonamiento para las distintas posiciones sucesivas, se obtendría un campo magnético giratorio en el estator trifásico, que daría una vuelta por cada ciclo de la corriente alterna.

El estator es la parte en reposo del motor. En el que están las ranuras en que va el bobinado, esquema representado en la parte inferior de la lamina. Los principios U - V - W y los finales X - Y - Z de las fases van a una caja de conexiones o bornes, que podrán estar conectados en estrella o triángulo.

Un motor de inducción para una red de distribución de 220V ( por ejemplo en Brasil ) , presenta seis terminales, dos para cada enrollamiento de trabajo, donde la tensión de alimentación de éstas bobinas es de 220 V. Para un sistema de alimentación de 220/127V-60Hz este motor debe ser conectado en delta y para un sistema de 380/220V-60Hz el motor debe ser conectado en estrella conforme se muestra en la figura siguiente .

Fig. Esquemas de conexión de un motor de inducción trifásico.

Para la inversión del sentido de rotación en los motores de inducción trifásico, basta invertir dos de las conexiones del motor, como las fuentes de alimentación.

La potencia eléctrica PE absorbida de la red para el funcionamiento del motor es mayor que la potencia mecánica PM provista en el eje especificado por el fabricante, pues existe un rendimiento determinado η del motor a ser considerado, o sea :

 

La potencia mecánica en el eje  PM del motor ( en W ) está relacionada con el momento de torción M por la siguiente expresión  ( en N .m ) :

donde n es la velocidad del rotor ( en rpm ).

Motores sincrónicos.

Un motor sincrónico, tiene un rotor constituido por un imán permanente, o bobinas alimentadas por corriente continua mediante anillos colectores. En este caso, el rotor gira con una velocidad que es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente del estator e inversamente proporcional al número de pares de polos magnéticos del motor. Son motores de velocidad constante y es esta característica la que determina su principal aplicación. Son utilizados solamente para grandes potencias debido a su alto costo de fabricación.
La siguiente ecuación define la velocidad síncrona ns de éste tipo de motor

 

Donde:

ns = velocidad síncrona
f = frecuencia de la corriente del rotor ( Hz)
p = número de polos magnéticos del rotor.

Motores Asíncronos

Los motores asíncronos son máquinas eléctricas, las cuales han tenido mayor aplicación en la industria y artefactos electrodomésticos. Estas máquinas son los principales convertidores de energía eléctrica en mecánica (actualmente los motores asíncronos consumen casi la mitad de la energía eléctrica generada). Su uso es, principalmente, en calidad de mando eléctrico en la mayoría de los mecanismos, ello se justifica por la sencillez de su fabricación, su alta confiabilidad y un alto valor de eficiencia.

Hay 2 tipos de MA; los de rotor de jaula de ardilla y los de rotor de anillos rozantes.

Una máquina de inducción ( asincrónica ) con rotor en reposo tiene un funcionamiento similar a un transformador, diferenciándose de un transformador convencional sólo por el diseño ( devanados distribuidos en el rotor y en el estator, presencia de entrehierro, etc. ) . En cuanto a la naturaleza física de los fenómenos es la misma en ambos casos.

En el motor asíncrono se tiene 2 devanados, uno se coloca en el estator y el otro en el rotor. Entre el estator y rotor se tiene un entrehierro, cuya longitud se trata de, en lo posible, hacerlo pequeño (s = 0.1 - 0.3 mm), con lo que se logra mejorar el acople magnético entre los devanados.

El devanado del estator puede ser monofásico o trifásico (en caso general polifásico). En lo sucesivo se analiza el motor trifásico, cuyas bobinas se colocan en las ranuras interiores del estator. Las fases del devanado del estator AX, BY, CZ se conectan en tipo estrella Y o triángulo Δ, cuyos bornes son conectados a la red.

El devanado del rotor también es trifásico (o polifásico) y se coloca en la superficie del cilindro. En el caso simple se une en corto circuito.

Cuando el devanado del estator es alimentado por una corriente trifásica, se induce un campo magnético giratorio, cuya velocidad (síncrona) es:

nsinc = 60. F / p

F = frecuencia en Hz.
p = Pares de polos del motor.

Este tipo de motor no se emplea industrialmente, por una serie de problema que origina su puesta en marcha, proceso de trabajo y desconexión.

Estos motores llevan siempre una velocidad inferior a la que le correspondía por formula. Si el rotor está en reposo o su velocidad n < nsinc, entonces el campo magnético giratorio traspasa los conductores del devanado rotórico e inducen en ellos una f.e.m.

El rotor es generalmente de jaula de ardilla o cortocircuito ya que posee varios conductores que se encuentran en cortocircuito en el rotor. En este caso no lleva bobinado alguno. La jaula de ardilla se puede imaginar como un devanado polifásico cuyo número de pares de polos es igual al número de pares de polos del campo giratorio. Cuando se considera la jaula de ardilla como devanado polifásico se supone que está conectada en estrella y en cortocircuito .

Fig. Rotor tipo jaula de ardilla .

El campo magnético variable del estator, induce corrientes senoidales en los conductores de la jaula de ardilla del rotor. Estas corrientes inducidas, a su vez, crean un campo magnético en el rotor que se opone al campo inductor del estator ( Ley de Lenz ). Como los polos del mismo nombre se repelen, se produce una fuerza en el sentido de giro del rotor.

El rotor gira con una velocidad n un poco inferior a la velocidad sincrónica, o sea, a la velocidad de la corriente del campo. Como dicha velocidad es un poco inferior, se dice que éste motor es asincrónico, o sea sin sincronización.

Sobre los conductores con corriente, empleados en el campo magnético, actúan fuerzas electromagnéticas cuya dirección se determina por la regla de la mano izquierda; estas fuerzas crean un Melmagn que arrastra al rotor tras el campo magnético. Si este Melmagn es lo suficientemente grande entonces el rotor va a girar y su velocidad n2 va a corresponder a la igualdad.

Melmagn est = M freno rot.

Este es el funcionamiento de la máquina en régimen de motor y es evidente en este caso.

0 ≤ n2 < n1

A la diferencia de velocidades entre el campo magnético y el rotor se le llama deslizamiento y se representa por el símbolo s.

De donde se deduce que en el régimen de motor

0 < s ≤ 1

En generador : s > 0

En frenado electromagnético s > 1

La principal característica de los motores asíncronos es la presencia del deslizamiento s, ósea la desigualdad de velocidades entre el campo del estator y la velocidad del rotor n2 ≠ n1.

Obsérvese que este motor no puede iniciar, o sea, acelerar desde una velocidad cero hasta la nominal. Las fuerzas que actúan en las barras en cortocircuito se oponen unas a otras, impidiendo el giro. Por lo tanto para el arranque, se utiliza una bobina de campo auxiliar (bobinado de arranque) , desfasada 90° de las bobinas del campo principal, que crea un campo magnético auxiliar para el arranque. Así, el flujo resultante inicial estará desfasado en relación al eje de abscisas, y se produce un torque de giro .Si el rotor está en reposo o su velocidad n < nsinc, entonces el campo magnético giratorio traspasa los conductores del devanado rotórico e inducen en ellos una f.e.m.

Luego del arranque, ya no hay mas necesidad del bobinado de arranque, pues la propia inercia del rotor compone fuerzas tales que mantienen el giro.

Fig. Motor de inducción monofásico de 2 polos.

Fig. Motor de inducción monofásico.

 

 

 

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