14 octubre 2012

Guía de diseño con motores de inducción (1ª PARTE)



En esta nueva serie de artículos tratamos de aquellos conceptos de los motores de inducción trifásicos que son prerrequisitos esenciales para la selección, e instalación y mantenimiento del mismo.

Los motores de inducción son con mucho el tipo más importante de motores. Más del 90 % de las aplicaciones integrales de motor (más de 1 kV) emplean el motor de inducción. En aplicaciones fraccionales (menos de 1 kV), los motores de inducción son también el tipo más usado.

Antes de empezar una discusión sobre los motores es mejor explicar el comportamiento de arranque del motor de inducción y el transformador debido a que la representación de un circuito equivalente de un motor trifásico es un transformador generalizado.

CONCEPTO DE MOTOR DE INDUCCIÓN

El motor de inducción es el tipo más comúnmente usado de motores de corriente alterna porque es simple, de construcción robusta y tiene buenas características de operación. Consiste en dos partes: El estator (parte estacionaria) y el rotor (parte rotatoria).

El tipo más importante de motor de inducción polifásico es el motor trifásico.

El par de acción tanto de los motores CC como AC es derivado de la reacción de los conductores que transportan corriente en un campo magnético. En el motor DC, el campo magnético es estacionario y la armadura, con sus conductores transportando corriente, rota. La corriente es suministrada a la armadura a través de un conmutador y escobillas.

En los motores de inducción, las corrientes del rotor son suministradas por inducción electromagnética. Los devanados del estator, conectados al suministro AC, contienen dos o más corrientes de fase fuera de tiempo que producen MMFs correspondiente. Estos MMFs establecen campo magnético rotatorio a través del hueco de aire. Este campo magnético rota continuamente a velocidad constante independientemente de la carga del motor. El devanado del estator corresponde al devanado de la armadura de un motor CC o al devanado primario de un transformador. El rotor no está conectado eléctricamente al suministro de alimentación.

El motor de inducción deriva su nombre del hecho de la inducción mutua (o acción de transformador) que tiene lugar entre el estator y el rotor bajo condiciones de operación. El campo magnético producido por el estator corta los conductores del rotor, induciendo un voltaje en los conductores. Este voltaje inducido hace que fluya la corriente del rotor. El par motor es por lo tanto desarrollado por la interacción de la corriente del rotor y el campo magnético.

¿Cuál es la diferencia fundamental en el principio de trabajo de un motor de inducción y un transformador?
Si bien el circuito equivalente de un motor y un transformador son iguales el rotor de un motor rota mientras que el secundario de un transformador no lo hace.

El motor de inducción es un transformador generalizado. La diferencia es que el transformador es una máquina de flujo alternativo mientras que el motor de inducción es una máquina de flujo rotatorio. El flujo rotatorio es sólo posible cuando el voltaje trifásico (o polifásico) al ser aplicado al devanado trifásico (o devanado polifásico) está separado 120º en tiempo y separado 120º en espacio. Se produce un flujo magnético rotatorio trifásico cuya magnitud es constante pero la dirección va cambiando. En un transformador el flujo producido es alternativo en el tiempo pero no rotatorio.

No hay un hueco de aire entre el primario y secundario del transformador donde hay un hueco de aire distinto entre estator y rotor del motor que da movilidad mecánica al motor. Debido a la alta reluctancia (o baja permeabilidad) de hueco de aire la corriente magnetizante requerida en el motor es 25 – 40 % de la corriente nominal del motor donde como transformador es sólo 2 – 5 % de la corriente nominal primaria.

En una máquina de flujo alternativo la frecuencia de la FEM en el lado primario y secundario es la misma donde la frecuencia de la FEM del rotor depende del deslizamiento. Durante el arranque cuando S = 1 la frecuencia del FEM inducido en rotor y estator es la misma pero después de cargarlo no lo es.

Otra diferencia es que el devanado y núcleo secundario se monta en un eje que libremente rota en rodamientos.

Si en todo secundario de un transformador se monta en un eje en rodamientos la capacidad de corte del flujo magnético mutual con el circuito secundario será diferente del primario y su frecuencia sería diferente. La FEM inducida no estará en proporción a la relación de curvas  sino al producto de la relación de curvas  y frecuencia. La relación entre la frecuencia primaria y frecuencia secundaria se llama deslizamiento.

Cualquier conductor que transporta corriente si se coloca en un campo magnético experimenta una fuerza al conductor del rotor que experimenta un par y por la Ley de Lenz la dirección del movimiento es tal que intenta a oponerse al cambio.

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