Maquina Asíncrona
Este tipo de máquinas han encontrado su principal
aplicación como motores, debido a la sencillez de su construcción.
Se llama maquina asíncrona a una máquina de corriente alterna, en la
cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del
estator y depende de la carga. La máquina asíncrona tiene la propiedad de ser
reversible, es decir, puede funcionar como motor y generador.
El motor asíncrono tiene dos partes principales: Estator y el rotor. El
estator es la parte fija de la maquina en cuyo interior hay ranuras donde se
coloca el devanado trifásico que se alimenta con corriente trifásica. La parte
giratoria de la quina se llama rotor y en sus ranuras también se colocan un
devanado. El estator y el rotor se arman de chapas estampadas de acero
electrónico de 0,35 a 0,5 mm de espesor.
Según la construcción, los motores asíncronos pueden ser de rotor de
jaula de ardilla o de rotor bobinado.
Los motores asíncronos se dividen en: sin colector y con colector. Los
motores sin colector se utilizan donde se necesita una velocidad de rotación
aproximadamente constante y no se requiere se regulación.
Los motores sin colector son simples en construcción, funcionan sin
fallas y son de alto rendimiento. Para alcanzar amplia gama de velocidades, se
utilizan motores asincrónicos con colector monofásico y trifásico; sin embargo,
debido al alto costo, a una construcción complicada y condiciones difíciles de
trabajo, las maquinas asíncronas con colector son pocos empleados.
Aspectos Constructivos
La máquina asíncrona o de inducción consta de
una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor, separadas ambas
por un pequeño espacio de aire denominado entrehierro.
La máquina de inducción es básicamente una
máquina polifásica de corriente alterna conectada a una red eléctrica bien por
el estator, bien por el rotor o bien por ambos. En el caso que atañe al
presente proyecto, la alimentación es trifásica y a través de los
arrollamientos inductores (generalmente el estator), produciendo un campo
giratorio en el entrehierro de la máquina. Este campo inducirá tensiones en los
arrollamientos del inducido (rotor generalmente), que está galvánicamente
aislado de la red de alimentación. Si los arrollamientos del rotor o inducido
están cortocircuitados se generarán corrientes alternas en su seno.
La
interacción entre el campo del inductor y las corrientes del inducido produce
un par de velocidad nula del rotor hacia adelante. La velocidad del rotor, en
la que las intensidades de los devanados del secundario son nulas es conocida
como velocidad síncrona. Los arrollamientos del rotor pueden ser polifásicos
(rotor bobinado) o estar construidos mediante barras cortocircuitadas por
anillos (rotor de jaula de ardilla).
Las
partes principales de las máquinas de inducción son:
o La corona magnética ranurada estatorica.
o Los devanados eléctricos estatoricos.
o La corona magnética ranurada rotorica.
o Los devanados eléctricos rotoricos.
o El eje del rotor.
o La carcasa del estator más los
cojinetes.
Principio de Funcionamiento
El principio de
funcionamiento del motor asíncrono se basa en la creación de una corriente
inducida en un conductor cuando éste corta las líneas de fuerza de un campo
magnético, de ahí el nombre de «motor de inducción». La acción combinada de la
corriente en el inducido y el campo magnético crea una fuerza motriz en el
rotor del motor. Supongamos una espira ABCD en cortocircuito, situada en un
campo magnético B, y que puede girar alrededor de un eje x y.
Si, por ejemplo, hacemos
girar el campo magnético en el sentido de las agujas del reloj, la espira queda
sometida a un flujo variable y se crea en ella una fuerza electromotriz
inducida que origina una corriente inducida I (ley de Faraday). Por la ley de
Lenz, el sentido de la corriente es tal que se opone, mediante su acción
electromagnética, a la causa que la ha creado.
Cada uno de los dos
conductores queda por tanto sometido a una fuerza F de Laplace (de Lorenz, para
los anglosajones), de sentido opuesto a su desplazamiento relativo respecto al
campo inductor. La regla de los tres dedos de la mano derecha (acción del campo
sobre la corriente) permite definir fácilmente el sentido de la fuerza F aplicada
a cada conductor.
El pulgar se coloca en
el sentido del campo del inductor. El índice indica el sentido de la fuerza. El
dedo corazón o de en medio se coloca en el sentido de la corriente inducida.
Por tanto, la espira queda sometida a un par que provoca su rotación en el
mismo sentido que el campo inductor, llamado campo giratorio. Por tanto, también,
la espira gira y el par electromotor se equilibra con el par resistente.
Creación del
campo magnético
Tres arrollamientos,
geométricamente defasados 120º, se alimentan cada uno con una de las fases de
la red trifásica de corriente alterna.
Los arrollamientos están recorridos por corrientes alternas que tienen también
el mismo defasage eléctrico y que producen cada una un campo magnético alterno senoidal.
Este campo,
siempre dirigido según el mismo eje, es máximo cuando la corriente en el arrollamiento
es máxima. El campo generado por cada arrollamiento es la resultante de dos
campos que giran en sentido inverso y que tienen cada uno un valor constante que
es la mitad del valor del campo máximo. En un instante dado, t1, de cualquier
período, los campos producidos por cada arrollamiento pueden
representarse como sigue:
el
campo H1 disminuye. Los 2 campos que lo componen tienen tendencia a alejarse
del eje OH1
el
campo H2 aumenta. Los 2 campos que lo componen tienen tendencia a acercarse al
eje OH2
el
campo H3 aumenta. Los 2 campos que lo componen tienen tendencia a acercarse al eje
OH3.
El flujo correspondiente a la fase 3 es negativo. Por
tanto, el campo tiene sentido opuesto a la
Bobina. Superponiendo los tres diagramas, se comprueba
que:
Los
tres campos que giran en sentido opuesto a las agujas del reloj, están
defasados 120º y se
Anulan,
Los
tres campos que giran en el sentido de las agujas del reloj se superponen.
Estos campos se suman para formar el campo giratorio de amplitud constante
3Hmáx/2. Es un campo con un par de polos.
Este campo realiza una vuelta completa
durante un período completo de la corriente de alimentación. Su velocidad es
función de la frecuencia de la red (f), y del número de pares de polos (p). Se
llama «velocidad de sincronismo».
Comportamiento de un rotor
detenido y en marcha
Cada bobina produce un campo magnetico
estatico en e espacio. La amplitud de este campo se encuentran en la direccion
del eje magnetico de la bobina y varia senoidalmente en el tiempo. La
combinacion de los campos pulsantes producidos por las tres corrientes
desfadadas temporalmente, circulando por las tres bobinas desfasdas especialmente,
se traduce en un campo magnetico distribuido senoidalmente en el espacio, que
rota a la velocidad de variacion de las corrientes en el tiempo.
La velocidad del campo
magnético se lo denomina como velocidad síncrona de la máquina y el
deslizamiento indica que tan cerca se encuentra la máquina de esta velocidad.
Si el rotor de la maquina gira a una velocidad mayor que la síncrona, el
deslizamiento se hace negativo. Cuando se conocen todos los parámetros del
modelo de una máquina de inducción y la fuente de alimentación, el
deslizamiento determina el punto de operación. Por esta razón se utiliza esta
variable para definir es estado de la máquina.
Cuanto mayor sea el
movimiento relativo entre los campos magnéticos del rotor y del estator, mayor
será el voltaje resultante en el rotor se encuentra estacionario, condición
llamada de rotor detenido o de rotor bloqueado, de modo que en esta condición se
inducen el máximo voltaje y la máxima frecuencia del rotor. El mismo voltaje (0
V) y la mínima frecuencia (0 H) ocurren cuando el motor se mueve con la misma
velocidad que el campo magnético del estator; caso en que no hay movimiento
relativo.
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