Trabajo Máquinas Eléctricas 2018

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Índice

Introducción        2

Principio de Funcionamiento y Circuito Equivalente        3

Teoría del doble campo giratorio        3

Circuito Equivalente        6

Análisis del circuito equivalente del motor de inducción monofásico.        7

Prueba de rotor bloqueado        9

Prueba de vacío        10

Métodos de partida        12

Devanados de fase partida        12

Partida a condensador        13

Partida a capacitor permanente        14

Partida de capacitor de dos valores        14

Polos sombreados        15

Aplicaciones        16

Motores de inducción de fase        16

Motores de condensador dividido permanente        16

        17

Motores de inducción de arranque por condensador        17

Motores de polos partidos        17

Conclusión        19

Bibliografía        20

Introducción

El desarrollo de nuevas y mejores tecnologías ha permitido, con el pasar de lo años, construir máquinas cada vez más eficientes y más baratas, lo que a su vez significa su masificación en el mundo. Debido a esto hemos sido capaces de construir máquinas de diferentes tipos y de aplicaciones específicas.

En este trabajo se hablará del motor de inducción monofásico, su principio de funcionamiento, circuito equivalente y algunas de las aplicaciones más comunes de este tipo de máquina.

Como se puede deducir del nombre, este tipo de motor es alimentado por una fuente de tensión alterna monofásica, debido a lo anterior no posee un campo magnético rotatorio (como en el caso de la máquina de inducción trifásica) si no que el campo que se genera es de carácter pulsatorio, es decir, estacionario y que oscila con el tiempo, este tipo de campo no produce un par a la partida. Para solucionar este inconveniente existen varios métodos de partida, los cuales se verán en este trabajo.

Algunas características generales de los motores monofásicos de inducción son:

• Por lo general sus potencias normales no superan los 5 HP.
• Suelen ser construidos con un rotor jaula de ardilla debido a su simplicidad y baja mantención.
• Son encontrados principalmente en artefactos electrodomésticos o en aplicaciones de baja potencia.

Principio de Funcionamiento y Circuito Equivalente

Como se menciono en la introducción, la peculiaridad de este tipo de máquina es que por si sola no genera un campo magnético giratorio, lo que a su vez significa que no existe movimiento relativo entre el campo del estator y los conductores en el rotor, al no existir este movimiento no se induce tensión ni corriente en el inducido y no hay par inicial. En realidad, se induce una tensión en las barras del rotor debido al efecto de la ley de Lenz y Faraday, y puesto que las barras están en cortocircuito, fluyen corrientes en el rotor, sin embargo, el campo magnético que generan estas corrientes está alineado con el campo magnético del estator y no produce ningún par neto en el inducido, por esto se dice que como el rotor está detenido, este tipo de motor se asemeja a un transformador con un devanado secundario en cortocircuito (véase Fig. 1).[pic 6][pic 7]

Sin embargo, una vez que el motor se hace girar, se produce un par inducido en el, para explicar este fenómeno existen dos teóricas básicas. La primera conocida como teoría del doble campo giratorio y la segunda llamada teoría de campo cruzado. Para efectos prácticos, ambas teorías explican de forma diferente el mismo principio, el giro del rotor, por lo general se suele deducir y explicar el circuito equivalente basándose en la teoría de campo cruzado, como se verá a continuación.

Teoría del doble campo giratorio

Si el devanado del estator se energiza con una tensión sinusoidal se producen corrientes también sinusoidales pero desfasadas debido a la impedancia del devanado del estator, sin duda estas corrientes generan un campo magnético pulsatorio con una densidad de flujo igual a:

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        La teoría del doble campo giratorio sostiene que un campo magnético pulsante estacionario se puede expresar como la suma de dos campos magnéticos giratorios de igual magnitud pero que giran en direcciones contrarias. Si consideramos un campo magnético que gira en el sentido horario (SMR) definido con la siguiente expresión:

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,y un campo magnético que gira en el sentido contrario a las manecillas del reloj (SCMR) expresado como:

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,entonces el campo magnético oscilatorio que es generado por las corrientes sinusoidales de entrada es igual a la suma de estos dos últimos, es decir:

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En la figura 2 se puede observar el comportamiento de la descripción matemática que se realizo anteriormente:

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Si se considera que cada campo magnético rotatorio actúa de forma independiente, estos producen un torque que se asemeja al mostrado en la figura 3.

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Circuito Equivalente

Como se señalo anteriormente, la explicación del por que se genera un par inducido en un motor de inducción monofásico es a través de las teorías del doble campo giratorio o de campo cruzado de los motores monofásicos. Cualquiera de estas dos teorías puede llevar a un circuito equivalente del motor pero en este trabajo nos basaremos solo en la teoría del doble campo giratorio.

En la introducción de este trabajo se menciono que cuando el motor se encuentra estático, este se comporta como un transformador monofásico con un circuito secundario en cortocircuito, y por lo tanto, el circuito equivalente es el de un trasformador (véase figura 4).

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, donde:

, si reemplazamos el campo oscilatorio del motor por los dos campos giratorios que se deducen de la primera teoría vista, se tiene un nuevo circuito equivalente en el cual salen representados los efectos de corriente, potencia y par de ambas partes. Según la expresiones (2) y (3), cada parte del campo posee la mitad de la magnitud del campo total, por lo que las reactancias de dispersión del rotor y de magnetización también se dividirán por dos. Además, los deslizamientos entre ambas velocidades están definidas como:

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El circuito equivalente del motor de inducción monofásico es el siguiente (figura 5):

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Análisis del circuito equivalente del motor de inducción monofásico.

Como se puede apreciar en la figura 5, el circuito equivalente presenta los efectos de ambos campos magnéticos por separado, además, se observa que las resistencias efectivas del rotor asociadas con los campos magnéticos directo e inverso están dividas por el factor de deslizamiento que les corresponde (véase expresión 5 y 6).

        En este circuito no se muestran las perdidas en el núcleo de la máquina, a diferencia de los circuitos equivalentes de los transformadores y de las máquinas de inducción trifásica, para este caso se considerarán estas pérdidas en conjunto con las pérdidas por efectos mecánicos como las pérdidas rotacionales del motor.

En la siguiente figura (Figura 6) se muestra de forma expandida el circuito equivalente, aquí se observa una separación en las partes donde se desarrollan los efectos producidos por los campos magnéticos, de forma que se puedan calcular las pérdidas en el cobre del enrollado del rotor y las potencia eléctricas que se convierten en mecánicas.[pic 29]

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Ya que las pérdidas de potencia por efecto Joule se dan de igual manera en la parte del circuito afectada por el campo rotatorio de sentido positivo y la parte afectada por el campo rotatorio de sentido negativo , las relaciones que representan estas pérdidas son:

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