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

J.F.A. J.F.A. 22

IntroducciónIntroducción

• Campo giratorio (Teorema Ferraris)

• 1888 Motores bifásicos – Ferraris – Tesla

J.F.A. J.F.A. 33

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.

J.F.A. J.F.A. 44

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.

J.F.A. J.F.A. 55

Introducción (IV)Introducción (IV)

• Simple.• Robusta.• Poco mantenimiento.• 80% de los motores son asíncronos.• Inconvenientes:

– Regulación de velocidad.

J.F.A. J.F.A. 66

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.

J.F.A. J.F.A. 1111

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

J.F.A. J.F.A. 1313

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)

J.F.A. J.F.A. 1515

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

• 3 tensiones corrientes trifásicas (f1)

• Campo magnético giratorio de amplitud constante.

p

f n 1

160

Velocidad de

SINCRONISMO

J.F.A. J.F.A. 1616

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

J.F.A. J.F.A. 1717

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

J.F.A. J.F.A. 1818

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

J.F.A. J.F.A. 2121

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

J.F.A. J.F.A. 2323

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)

J.F.A. J.F.A. 2424

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.

J.F.A. J.F.A. 2525

Circuito equivalente. Rotor Circuito equivalente. Rotor girandogirando

La frecuencia del rotor depende del deslizamiento, s

12 fsf

J.F.A. J.F.A. 2626

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