Campo magnético giratorio producido por el devanado del estator, (Bs)
El devanado del estator está constituido por tres
devanados desfasados 120º en el espacio y con P polos magnéticos. P
siempre será un número par pues siempre aparece un polo NORTE junto a un polo
SUR.
Al alimentar con una corriente trifásica de frecuencia fE el devanado del estator,
se produce una onda rotativa de f.m.m. distribuida por la periferia del
entrehierro, que produce un campo magnético giratorio en el mismo.
Tres bobinas desplazadas 120º unas de otras y recorridas
por corrientes trifásicas dan lugar a un campo giratorio.
El campo giratorio es un campo magnético que gira
alrededor de su eje común a frecuencia de giro constante.
El sentido de giro del campo se invierte cuando se
modifica el orden de sucesión de fases.
Figura 1
1) Valor
del campo magnético
El valor de la f.m.m. y del campo
magnético asociado, para cada instante de tiempo y posición, viene dado por las expresiones:
Siendo
g el valor del entrehierro (o "gap"), espacio entre el rotor y el
estator.
2) Velocidad del campo magnético
Pulsación
eléctrica de las corrientes del devanado del estator:
Velocidad
del campo giratorio (Velocidad SÍNCRONA):
siendo:
P =
Número de polos de la máquina debido a la disposición de las bobinas del
estator.
p =
Número de pares de polos: p = 2 · P
Máquina
asíncrona trifásica bipolar
En una máquina asíncrona trifásica bipolar las bobinas
del estator forman dos polos, un Norte y un Sur.
Figura 2
Máquina
asíncrona trifásica tetrapolar
Las bobinas del estator forman cuatro polos, dos Norte y
dos Sur.
Figura 3
Campos
giratorios de los motores asíncronos trifásicos
Al conectar el devanado estatórico de los motores
asíncronos trifásicos se creará un campo giratorio cuya velocidad de giro, se
llama velocidad de sincronismo.
Esta velocidad depende solo de la frecuencia de fE de las corrientes del
estator y del número de polos.
Donde r.p.m. indica "revoluciones
por minuto"
F.e.m. inducida
en los conductores del rotor (eR)
El campo magnético giratorio producido por el estator en
el entrehierro de la máquina, induce, según la Ley de Faraday, una f.e.m. en un
conductor (del rotor) de longitud L. que se mueve a la velocidad v dentro de un
campo β, tiene un valor.
Figura 4
Corrientes
inducidas en el rotor, (iR), por estar en cortocircuito
Como el devanado del rotor está cortocircuitado, la
existencia de una f.e.m. inducida, ER,
hará que por el rotor circulen unas corrientes, IR, hacia fuera de la pantalla en las barras superiores,
y hacia dentro en las inferiores (coincidiendo con el sentido de la f.e.m.
inducida). Si el rotor es trifásico tendremos un conjunto de corrientes
inducidas trifásicas y desfasadas entre sí 120º.
Figura 5
¡Atención! Como el conjunto del rotor es inductivo, la
corriente del rotor se retrasa con respecto a la f.e.m. inducida.
Campo magnético
giratorio producido en el rotor, (BR)
Las corrientes eléctricas inducidas por el estator en el
rotor, IR, producen a su
vez un campo magnético del rotor, y que está retrasado 90º con la corriente del
rotor.
Por ser las corrientes del rotor trifásicas y su devanado
ser también trifásico, el campo magnético BR
también es giratorio y se mueve a la misma velocidad que el campo magnético del
estator, es decir, a la velocidad de sincronismo nSINC.
Desarrollo del
momento de torsión inducido en el motor de inducción
El desfase entre los campos del rotor y del estator (que
giran a velocidad síncrona) hace que, por la Ley de la inducción
electromagnética, en los conductores del rotor se induzcan unas corrientes. La
fuerza que desarrollan estas corrientes tiene una dirección (según la Ley de
Lenz) que tiende a mover el rotor en la dirección de movimiento de los campos
magnéticos giratorios del estator y rotor.
Figura 6
Sobre el rotor de un motor asíncrono trifásico aparece un
par electromagnético que actúa en el sentido del campo giratorio resultante.
Regla de la
mano izquierda
Figura 7
Interacción
entre el campo magnético del estator y del rotor
Esta interacción entre f.m.m. es posible porque ambos
giran a la misma velocidad, la de sincronismo. Esto representa una exigencia
constructiva de estas máquinas, que deben confeccionarse con el mismo número de
polos en el rotor que en el estator.
No es necesario sin embargo, que el número de fases del
estator y del rotor sean iguales, ya que el campo giratorio dentro del cual se
mueve el rotor es independiente del número de fases del estator.
Los motores con rotor devanado se construyen normalmente
para 3 fases, es decir, igual que las del estator.
Sin embargo, el motor de jaula de ardilla está formado
por un gran número de barras puestas en cortocircuito dando lugar a un devanado
polifásico.
Deslizamiento del rotor. Velocidad límite de giro del rotor
La tensión inducida en el rotor lo es gracias al
movimiento relativo entre el rotor y el campo giratorio. Mientras el rotor se
mueva más lentamente que el campo magnético giratorio (que gira a velocidad
asíncrona), se inducirá una tensión y actuará sobre el motor un par.
Si el rotor del motor de inducción girase a la velocidad
asíncrona, entonces sus barras permanecerían estáticas con respecto el campo
magnético giratorio y no habría inducción de f.e.m. En este caso no habría ni
corriente ni campo magnético en el rotor, siendo el par de torsión nulo y el
rotor se frenaría como consecuencia de las pérdidas por fricción.
Un motor de inducción puede acelerarse hasta cerca de la
velocidad síncrona de los campos magnéticos pero nunca alcanzarla.
El rotor de un motor asíncrono girará a una velocidad
inferior a la síncrona.
De esta forma el rotor y el campo giran asíncronamente,
es decir, con diferentes velocidades.
Deslizamiento,
Definición
La velocidad nsinc constituye el límite
teórico al que puede girar el rotor. Como sabemos que nunca se puede alcanzar
esta velocidad, para medir el movimiento relativo del rotor respecto a los
campos magnéticos, se define la velocidad de deslizamiento.
Velocidad de deslizamiento: Diferencia entre la velocidad
asíncrona, nSINC, de los campos magnéticos y la velocidad mecánica
del rotor, nMEC.
El deslizamiento se define como:
Valores orientativos del deslizamiento:
En los motores industriales el deslizamiento vale entre
un 3% y un 8%.
Otras expresiones útiles
Es posible expresar la velocidad mecánica del eje del
rotor en función de la velocidad síncrona y del deslizamiento.
Frecuencia de corrientes del rotor
Las frecuencias de las corrientes del rotor, están
relacionadas con la frecuencia del estator por medio de la expresión:
Rotor parado:
Las frecuencias del rotor y el estator coinciden: fR = fE
Rotor girando:
Si el rotor gira a la velocidad nMEC, en el sentido del campo giratorio, el
deslizamiento ya no es la unidad y las frecuencias de las corrientes del rotor,
fR, ya no coinciden con
las del estator, fE .
Valores
orientativos para las frecuencias del rotor y estator
Para condiciones de funcionamiento nominales del motor,
las frecuencias del rotor son del orden de 1 a 3 Hz, cuando la frecuencia de
sincronismo es de 50 Hz.
Tensiones
inducidas
La tensión inducida por fase del rotor tiene dos
componentes. Una debida a la variación del flujo y otra debida a la rotación
del inducido.
El flujo del estator, φE , vale:
Entonces la f.e.m inducida en el rotor será:
Rotor parado:
El valor eficaz de la f.m.e. será:
Siendo fE = fR
En el estator también se induce una f.e.m. por fase:
Rotor girando:
A velocidad n, en el
sentido del campo giratorio:
Relación entre la f.e.m. inducida a rotor parado y a
rotor girando
Posts relacionados:
Descripción
constructiva de los motores asíncronos
Ensayos de motores asíncronos
No hay comentarios:
Publicar un comentario