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11J.F.A. J.F.A.
Máquinas asíncronasMáquinas asíncronasJesús Fraile ArdanuyJesús Fraile ArdanuyÁrea de Ingeniería EléctricaÁrea de Ingeniería Eléctrica
Dpto. de Ingeniería Civil: Hidráulica y Energética.Dpto. de Ingeniería Civil: Hidráulica y Energética.ETSI Caminos, Canales y PuertosETSI Caminos, Canales y PuertosUniversidad Politécnica de MadridUniversidad Politécnica de Madrid
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IntroducciónIntroducción
• Campo giratorio (Teorema Ferraris)
• 1888 Motores bifásicos – Ferraris – Tesla
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Introducción (II)Introducción (II)
• Westinghouse compra patente Tesla.• Primeros motores bifásicos
comerciales.
• 1890 Dobrowolsky (AEG) MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO.– Rotor en JAULA DE ARDILLA.– 1893 Doble Jaula de ardilla.
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Introducción (III)Introducción (III)
• Máquina de INDUCCIÓN – La corriente que circula por un devanado (el
rotor) se debe a la fem inducida por la acción del flujo del otro devanado (estátor)
• Máquina ASÍNCRONA– Gira a una velocidad inferior a la de
sincronismo de la red.
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Introducción (IV)Introducción (IV)
• Simple.• Robusta.• Poco mantenimiento.• 80% de los motores son asíncronos.• Inconvenientes:
– Regulación de velocidad.
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Aspectos ConstructivosAspectos Constructivos
J.F.A. J.F.A. 77
Aspectos Constructivos (II)Aspectos Constructivos (II)
J.F.A. J.F.A. 88
Aspectos constructivos (III)Aspectos constructivos (III)
ESTATOR:• Apilamiento de chapas de acero.• Ranuras para los devanados.• Devanados desfasados 120º
eléctricos.• Alimentado por corrientes
trifásicas.• Se obtiene un:
FLUJO GIRATORIO DE AMPLITUD CONSTANTE
J.F.A. J.F.A. 99
Aspectos constructivos (IV)Aspectos constructivos (IV)
J.F.A. J.F.A. 1010
Aspectos Constructivos (V)Aspectos Constructivos (V)
ROTOR:• Chapas apiladas.• JAULA de ARDILLA:
– Conductores de Aluminio cortocircuitados por los extremos.
• DEVANADO:– Arrollamiento trifásico:
• Un lado en ESTRELLA.• El otro conectado a unos ANILLOS.
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Aspectos constructivos (VI)Aspectos constructivos (VI)
ROTOR:
JAULA DE ARDILLA DEVANADO (anillos)
J.F.A. J.F.A. 1212
Aspectos Constructivos (VII)Aspectos Constructivos (VII)
CAJA DE BORNES
U2 V2W2
U1 V1 W1
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Aspectos constructivos (VIII)Aspectos constructivos (VIII)
Los devanados del estátor se conectan en:
ESTRELLA TRIÁNGULO
RED C.A.
R TS
U1
U2
W1W2
V1
V2
RED C.A.
U2 V2W2
U1 V1 W1
R
V1
T
RED C.A.
U2V2
W1
W2
S
U1
RED C.A.
U2 V2W2
U1 V1 W1
J.F.A. J.F.A. 1414
Aspectos Constructivos (IX)Aspectos Constructivos (IX)
• Conexión ESTRELLA (Mayor tensión)
• Conexión TRIÁNGULO (Menor tensión)
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Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento
• 3 tensiones corrientes trifásicas (f1)
• Campo magnético giratorio de amplitud constante.
p
f n 1
160
Velocidad de
SINCRONISMO
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Principio de funcionamiento (II)Principio de funcionamiento (II)
• Generación de un campo magnético giratorio.
1234
56
7
8
9
1011 12 13
1415
16
17
18
X
Y
Z
U
V
W
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Principio de funcionamiento (III)Principio de funcionamiento (III)• Desarrollando los devanados del estátor:
SISTEMA DE CORRIENTES TRIFÁSICAS
U Z V W X Y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Instante T1
N N N
S S S
Número de pares de polos, p=3
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Principio de funcionamiento (IV)Principio de funcionamiento (IV)
• El flujo giratorio atraviesa las espiras del rotor.• Se inducen unas f.e.m.s.• Como están cortocircuitados, aparecen corrientes
en el rotor que reaccionan con el flujo del estátor.
J.F.A. J.F.A. 1919
Principio de funcionamiento (V)Principio de funcionamiento (V)
• Al circular corriente por el rotor → Aparece una fuerza sobre el conductor.
B
i
Fuerza
F=i (l x B)
J.F.A. J.F.A. 2020
Principio de funcionamiento (VI)Principio de funcionamiento (VI)
• La fuerza no actúa sobre los conductores sino sobre los dientes.
F
ESTATOR ESTATORESTATOR
concentración de B
enrarecimiento de B
ROTOR ROTOR ROTOR
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Principio de funcionamiento (VII)Principio de funcionamiento (VII)
• Si la velocidad se aproxima a n1
– Menor es la f.e.m. en el rotor.– Menor es la corriente inducida.– Menor es la fuerza.– Menor es el par motor.
….. La máquina se frena.
NUNCA SUPERA LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO n1
J.F.A. J.F.A. 2222
DeslizamientoDeslizamiento
• A plena carga: 3-8%
1
1
n
nns
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Circuito equivalente. Rotor Circuito equivalente. Rotor ParadoParado
V1 E1E2I1
I2
R1 R2X1 X2
f1 f1
n=0, deslizamiento = 1
N1
N2
Se comporta igual que un transformador.DIFERENCIA: La inducción se produce por un campo magnético de amplitud constante y giratorio en el espacio (fem de movimiento)En el trafo, la fem se produce por un campo magnético alternativo fijo en el espacio (fem de transformación)
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Rotor ParadoRotor Parado
f.e.m. inducida en el ROTOR
f.e.m. inducida en el ESTATOR
Velocidad = 0, deslizamiento, s=1
Similar a un TRANSFORMADOR con el primario en el estátor y
el secundario en el rotor.
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Circuito equivalente. Rotor Circuito equivalente. Rotor girandogirando
La frecuencia del rotor depende del deslizamiento, s
12 fsf
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Rotor girandoRotor girando
Velocidad del campo giratorio creado por el rotor (mismo número de polos que el estátor)
f.e.m. inducida en el ROTOR
Velocidad del campo giratorio del rotor, referencia externa (n2+n):
60
)(
60 11
1
112
nnppn
n
nnfsf
J.F.A. J.F.A. 2727
Rotor girando. F.m.m.Rotor girando. F.m.m.
V1 E1E2I1
I2
R1 R2X1 X2
f1 f1N1 N2
f.m.m. rotor
f.m.m. estátor
f.m.m. resultante