Motor de inducción

Tipo de motor eléctrico de CA

Motor de inducción trifásico totalmente cerrado y enfriado por ventilador ( TEFC ) con cubierta lateral a la izquierda y sin cubierta lateral para mostrar el ventilador de refrigeración a la derecha. En los motores TEFC, las pérdidas de calor interiores se disipan indirectamente a través de aletas del recinto, principalmente por convección de aire forzado.

Vista en corte a través del estator del motor de inducción TEFC , que muestra el rotor con paletas de circulación de aire internas. Muchos de estos motores tienen una armadura simétrica y el bastidor se puede invertir para colocar la caja de conexiones eléctricas (no mostrada) en el lado opuesto.

Un motor de inducción o motor asíncrono es un motor eléctrico de CA en el que la corriente eléctrica en el rotor que produce el par se obtiene por inducción electromagnética del campo magnético del devanado del estator . ^[1] Por lo tanto, un motor de inducción no necesita conexiones eléctricas al rotor. ^[a] El rotor de un motor de inducción puede ser de tipo bobinado o de jaula de ardilla.

Los motores de inducción trifásicos de jaula de ardilla se utilizan ampliamente como accionamientos industriales porque son de arranque automático, confiables y económicos. Los motores de inducción monofásicos se utilizan ampliamente para cargas más pequeñas, como trituradores de basura y herramientas eléctricas estacionarias. Aunque tradicionalmente se utilizan para servicios de velocidad constante, los motores de inducción monofásicos y trifásicos se instalan cada vez más en aplicaciones de velocidad variable que utilizan variadores de frecuencia (VFD). VFD ofrece oportunidades de ahorro de energía para motores de inducción en aplicaciones como ventiladores, bombas y compresores que tienen una carga variable.

Historia

Un modelo del primer motor de inducción de Nikola Tesla en el Museo Tesla de Belgrado, Serbia

Construcción de rotor de jaula de ardilla, que muestra solo las tres laminaciones centrales

En 1824, el físico francés François Arago formuló la existencia de campos magnéticos giratorios , denominados rotaciones de Arago . Al encender y apagar manualmente los interruptores, Walter Baily lo demostró en 1879, convirtiéndose efectivamente en el primer motor de inducción primitivo. ^{[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]}

El primer motor de inducción de CA monofásico sin conmutador fue inventado por el ingeniero húngaro Ottó Bláthy ; Utilizó el motor monofásico para impulsar su invento, el contador de electricidad . ^{[9] [10]}

Los primeros motores de inducción polifásicos sin conmutador de CA fueron inventados de forma independiente por Galileo Ferraris y Nikola Tesla ; el primero demostró un modelo de motor funcional en 1885 y el segundo en 1887. Tesla solicitó patentes estadounidenses en octubre y noviembre de 1887 y fue concedió algunas de estas patentes en mayo de 1888. En abril de 1888, la Real Academia de Ciencias de Turín publicó la investigación de Ferraris sobre su motor polifásico de CA, detallando los fundamentos del funcionamiento del motor. ^{[5] [11]} En mayo de 1888, Tesla presentó el documento técnico Un nuevo sistema para motores y transformadores de corriente alterna al Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos (AIEE) ^{[12] [13] [14] [15] [16]} que describe tres Tipos de motores de cuatro polos del estator: uno que tiene un rotor de cuatro polos que forma un motor de reluctancia no de arranque automático , otro con un rotor devanado que forma un motor de inducción de arranque automático y el tercero es un motor síncrono verdadero con una CC excitada por separado. suministro al devanado del rotor.

George Westinghouse , que estaba desarrollando un sistema de energía de corriente alterna en ese momento, obtuvo la licencia de las patentes de Tesla en 1888 y compró una opción de patente estadounidense sobre el concepto de motor de inducción de Ferrari. ^[17] Tesla también trabajó durante un año como consultor. CF Scott , empleado de Westinghouse , fue asignado para ayudar a Tesla y luego se hizo cargo del desarrollo del motor de inducción en Westinghouse. ^{[12] [18] [19] [20]} Firme en su promoción del desarrollo trifásico, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky inventó el motor de inducción de rotor de jaula en 1889 y el transformador de tres ramas en 1890. ^{[21] [22]} Además, afirmó que el motor de Tesla no era práctico debido a las pulsaciones de dos fases, lo que le impulsó a persistir en su trabajo trifásico. ^[23] Aunque Westinghouse logró su primer motor de inducción práctico en 1892 y desarrolló una línea de motores de inducción polifásicos de 60 hercios en 1893, estos primeros motores Westinghouse eran motores bifásicos con rotores bobinados hasta que BG Lamme desarrolló un rotor de bobinado de barra giratoria. ^[12]

La General Electric Company (GE) comenzó a desarrollar motores de inducción trifásicos en 1891. ^[12] En 1896, General Electric y Westinghouse firmaron un acuerdo de licencia cruzada para el diseño del rotor de bobinado de barras, más tarde llamado rotor de jaula de ardilla. ^[12] Arthur E. Kennelly fue el primero en resaltar el significado completo de los números complejos (usando j para representar la raíz cuadrada de menos uno) para designar el operador de rotación de 90º en el análisis de problemas de CA. ^[24] Charles Proteus Steinmetz de GE mejoró la aplicación de cantidades complejas de CA y desarrolló un modelo analítico llamado circuito equivalente de Steinmetz del motor de inducción. ^{[12] [25] [26] [27]}

Las mejoras en los motores de inducción que surgieron de estos inventos e innovaciones fueron tales que un motor de inducción moderno de 100 caballos de fuerza tiene las mismas dimensiones de montaje que un motor de 7,5 caballos de fuerza en 1897. ^[12]

Principio

motor trifásico

Una fuente de alimentación trifásica proporciona un campo magnético giratorio en un motor de inducción.

Deslizamiento inherente: frecuencia de rotación desigual del campo del estator y del rotor.

Tanto en los motores de inducción como en los síncronos , la potencia de CA suministrada al estator del motor crea un campo magnético que gira en sincronismo con las oscilaciones de CA. Mientras que el rotor de un motor síncrono gira a la misma velocidad que el campo del estator, el rotor de un motor de inducción gira a una velocidad algo más lenta que el campo del estator. Por lo tanto, el campo magnético del estator del motor de inducción cambia o gira en relación con el rotor. Esto induce una corriente opuesta en el rotor, en efecto, el devanado secundario del motor. ^[28] El flujo magnético giratorio induce corrientes en los devanados del rotor, ^[29] de manera similar a las corrientes inducidas en los devanados secundarios de un transformador .

Las corrientes inducidas en los devanados del rotor crean a su vez campos magnéticos en el rotor que reaccionan contra el campo del estator. La dirección del campo magnético del rotor se opone al cambio de corriente a través de los devanados del rotor, siguiendo la Ley de Lenz . La causa de la corriente inducida en los devanados del rotor es el campo magnético giratorio del estator, por lo que para oponerse al cambio en las corrientes de los devanados del rotor, el rotor gira en la dirección del campo magnético del estator. El rotor acelera hasta que la magnitud de la corriente inducida del rotor y el par equilibran la carga sobre el rotor. Dado que la rotación a velocidad síncrona no induce corriente del rotor, un motor de inducción siempre funciona ligeramente más lento que la velocidad síncrona. La diferencia, o "deslizamiento", entre la velocidad real y la síncrona varía de aproximadamente 0,5% a 5,0% para los motores de inducción con curva de torque de Diseño B estándar. ^[30] La característica esencial del motor de inducción es que el par se crea únicamente por inducción en lugar de que el rotor se excite por separado como en las máquinas síncronas o de CC o se automagnetice como en los motores de imanes permanentes . ^[28]

Para que se induzcan corrientes del rotor, la velocidad del rotor físico debe ser menor que la del campo magnético giratorio del estator ( ); de lo contrario, el campo magnético no se movería con respecto a los conductores del rotor y no se inducirían corrientes. A medida que la velocidad del rotor cae por debajo de la velocidad sincrónica, la velocidad de rotación del campo magnético en el rotor aumenta, induciendo más corriente en los devanados y creando más torque. La relación entre la velocidad de rotación del campo magnético inducido en el rotor y la velocidad de rotación del campo giratorio del estator se llama "deslizamiento". Bajo carga, la velocidad cae y el deslizamiento aumenta lo suficiente como para crear suficiente par para girar la carga. Por esta razón, a los motores de inducción a veces se les llama "motores asíncronos". ^[31] ${\displaystyle n_{s}}$

Un motor de inducción se puede utilizar como generador de inducción o se puede desenrollar para formar un motor de inducción lineal que puede generar movimiento lineal directamente. El modo de generación de los motores de inducción se complica por la necesidad de excitar el rotor, que comienza sólo con la magnetización residual. En algunos casos, esa magnetización residual es suficiente para autoexcitar el motor bajo carga. Por lo tanto, es necesario romper el motor y conectarlo momentáneamente a una red viva o agregar capacitores cargados inicialmente por magnetismo residual y que proporcionen la potencia reactiva requerida durante la operación. Similar es el funcionamiento del motor de inducción en paralelo con un motor síncrono que sirve como compensador del factor de potencia. Una característica del modo generador en paralelo a la red es que la velocidad del rotor es mayor que en el modo de conducción. Entonces se entrega energía activa a la red. ^[2] Otra desventaja del generador de motor de inducción es que consume una corriente magnetizante significativa I ₀ = (20–35)%.

Velocidad sincrónica

La velocidad síncrona de un motor de CA, es la velocidad de rotación del campo magnético del estator, ${\displaystyle f_{s}}$

${\displaystyle f_{s}={2f \over p}}$,

donde es la frecuencia de la fuente de alimentación, es el número de polos magnéticos y es la velocidad sincrónica de la máquina. En hercios y velocidad síncrona en RPM , la fórmula queda : ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle f_{s}}$ ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle n_{s}}$

${\displaystyle n_{s}={2f \over p}\cdot \left({\frac {60\ \mathrm {seconds} }{\mathrm {minute} }}\right)={120f \over {p}}\cdot \left({\frac {\mathrm {seconds} }{\mathrm {minute} }}\right)}$. ^{[32] [33]}

Por ejemplo, para un motor trifásico de cuatro polos, = 4 y = 1.500 RPM (para = 50 Hz) y 1.800 RPM (para = 60 Hz) de velocidad síncrona. ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle n_{s}={120f \over 4}}$ ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle f}$

El número de polos magnéticos, es el número de polos norte y sur por fase. Por ejemplo; un motor monofásico de 3 polos norte y 3 polos sur, al tener 6 polos por fase, es un motor de 6 polos. Un motor trifásico con 18 polos norte y 18 polos sur, teniendo 6 polos por fase, también es un motor de 6 polos. Este método estándar de la industria para contar polos da como resultado la misma velocidad síncrona para una frecuencia determinada, independientemente de la polaridad. ${\displaystyle p}$

Deslizar

Curva de par típica en función del deslizamiento, representada aquí como "g"

El deslizamiento, , se define como la diferencia entre la velocidad síncrona y la velocidad de operación, a la misma frecuencia, expresada en rpm, o en porcentaje o relación de velocidad síncrona. De este modo ${\displaystyle s}$

${\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{r}}{n_{s}}}\,}$

donde es la velocidad eléctrica del estator, es la velocidad mecánica del rotor. ^{[34] [35]} El deslizamiento, que varía de cero a velocidad síncrona y 1 cuando el rotor está calado, determina el par del motor. Dado que los devanados del rotor en cortocircuito tienen una resistencia pequeña, incluso un pequeño deslizamiento induce una gran corriente en el rotor y produce un par significativo. ^[36] A plena carga nominal, el deslizamiento varía desde más del 5% para motores pequeños o de propósito especial hasta menos del 1% para motores grandes. ^[37] Estas variaciones de velocidad pueden causar problemas de carga compartida cuando se conectan mecánicamente motores de diferentes tamaños. ^[37] Hay varios métodos disponibles para reducir el deslizamiento; los VFD suelen ofrecer la mejor solución. ^[37] ${\displaystyle n_{s}}$ ${\displaystyle n_{r}}$

Esfuerzo de torsión

Par estándar

Curvas velocidad-par para cuatro tipos de motores de inducción: A) Monofásico, B) Jaula polifásica, C) Jaula polifásica barra profunda, D) Jaula doble polifásica

Curva típica de velocidad-torque para motor NEMA Diseño B

Solución transitoria para un motor de inducción de CA desde una parada completa hasta su punto de funcionamiento bajo una carga variable

La relación típica de velocidad-torque de un motor de inducción polifásico NEMA Diseño B estándar se muestra en la curva de la derecha. Adecuados para la mayoría de cargas de bajo rendimiento, como bombas centrífugas y ventiladores, los motores de Diseño B están limitados por los siguientes rangos de torsión típicos: ^{[30] [b]}

• Par de ruptura (par máximo), 175–300 % del par nominal
• Par de rotor bloqueado (par con 100 % de deslizamiento), 75–275 % del par nominal
• Par de tracción, 65–190 % del par nominal.

En el rango de carga normal de un motor, la pendiente del par es aproximadamente lineal o proporcional al deslizamiento porque el valor de la resistencia del rotor dividido por el deslizamiento domina el par de manera lineal. ^[38] A medida que la carga aumenta por encima de la carga nominal, los factores de reactancia de fuga del estator y del rotor se vuelven gradualmente más significativos en relación con el par que se curva gradualmente hacia el par de ruptura. A medida que el par de carga aumenta más allá del par de ruptura, el motor se cala. ${\displaystyle R_{r}'/s}$ ${\displaystyle R_{r}'/s}$

A partir de

Hay tres tipos básicos de motores de inducción pequeños: monofásicos de fase dividida, monofásicos de polos sombreados y polifásicos.

En los motores monofásicos de dos polos, el par llega a cero con un deslizamiento del 100 % (velocidad cero), por lo que requieren modificaciones en el estator, como polos sombreados, para proporcionar un par de arranque. Un motor de inducción monofásico requiere un circuito de arranque separado para proporcionar un campo giratorio al motor. Los devanados de funcionamiento normal dentro de un motor monofásico de este tipo pueden hacer que el rotor gire en cualquier dirección, por lo que el circuito de arranque determina la dirección de funcionamiento.

Flujo magnético en motor de polo sombreado

En ciertos motores monofásicos más pequeños, el arranque se realiza mediante un alambre de cobre enrollado alrededor de parte de un polo; un poste de este tipo se denomina poste sombreado. La corriente inducida a su vez va por detrás de la corriente de suministro, creando un campo magnético retardado alrededor de la parte sombreada de la cara del polo. Esto imparte suficiente energía de campo rotacional para arrancar el motor. Estos motores se utilizan normalmente en aplicaciones como ventiladores de escritorio y tocadiscos, ya que el par de arranque requerido es bajo y la baja eficiencia es tolerable en relación con el costo reducido del motor y el método de arranque en comparación con otros diseños de motores de CA.

Los motores monofásicos más grandes son motores de fase dividida y tienen un segundo devanado del estator alimentado con corriente desfasada; dichas corrientes pueden crearse alimentando el devanado a través de un condensador o haciendo que reciba diferentes valores de inductancia y resistencia del devanado principal. En los diseños de arranque por condensador , el segundo devanado se desconecta una vez que el motor alcanza la velocidad, generalmente mediante un interruptor centrífugo que actúa sobre pesos en el eje del motor o un termistor que se calienta y aumenta su resistencia, reduciendo la corriente a través del segundo devanado. a un nivel insignificante. Los diseños con capacitor mantienen encendido el segundo devanado cuando están en funcionamiento, lo que mejora el torque. Un diseño de arranque por resistencia utiliza un arrancador insertado en serie con el devanado de arranque, creando reactancia.

Los motores de inducción polifásicos de arranque automático generan par incluso en parado. Los métodos de arranque de motores de inducción de jaula de ardilla disponibles incluyen arranque directo en línea, arranque por reactor o autotransformador de voltaje reducido, arranque estrella-triángulo o, cada vez más, nuevos conjuntos blandos de estado sólido y, por supuesto, variadores de frecuencia (VFD). ). ^[39]

Los motores polifásicos tienen barras de rotor conformadas para brindar diferentes características de velocidad y par. La distribución de corriente dentro de las barras del rotor varía según la frecuencia de la corriente inducida. En reposo, la corriente del rotor tiene la misma frecuencia que la corriente del estator y tiende a viajar en las partes más externas de las barras del rotor de la jaula (por efecto piel ). Las diferentes formas de las barras pueden proporcionar diferentes características de velocidad-par, así como cierto control sobre la corriente de entrada en el arranque.

Aunque los motores polifásicos son inherentemente de arranque automático, sus límites de diseño de par de arranque y de arranque deben ser lo suficientemente altos para superar las condiciones de carga reales.

En los motores de rotor bobinado, la conexión del circuito del rotor a través de anillos colectores a resistencias externas permite el cambio de las características de velocidad-par para fines de control de aceleración y control de velocidad.

Control de velocidad

Resistencia

Curvas típicas de velocidad-par para diferentes frecuencias de entrada del motor, como se utilizan, por ejemplo, con variadores de frecuencia

Antes del desarrollo de la electrónica de potencia semiconductora , era difícil variar la frecuencia y los motores de inducción de jaula se utilizaban principalmente en aplicaciones de velocidad fija. Aplicaciones como grúas puente eléctricas utilizan unidades de CC o motores de rotor bobinado (WRIM) con anillos deslizantes para la conexión del circuito del rotor a una resistencia externa variable, lo que permite un rango considerable de control de velocidad. Sin embargo, las pérdidas de resistencia asociadas con el funcionamiento a baja velocidad de los WRIM son una importante desventaja de costos, especialmente para cargas constantes. ^[40] Los motores de anillos colectores grandes, denominados sistemas de recuperación de energía de deslizamiento, algunos todavía en uso, recuperan energía del circuito del rotor, la rectifican y la devuelven al sistema de energía mediante un VFD.

cascada

La velocidad de un par de motores de anillos colectores se puede controlar mediante una conexión en cascada o concatenación. El rotor de un motor está conectado al estator del otro. ^{[ cita necesaria ]} Si los dos motores también están conectados mecánicamente, funcionarán a la mitad de velocidad. Este sistema alguna vez se usó ampliamente en locomotoras ferroviarias de CA trifásicas, como la FS Clase E.333 . Sin embargo, a principios de este siglo, estos sistemas electromecánicos basados ​​en cascada se resolvieron de manera mucho más eficiente y económica utilizando soluciones de elementos semiconductores de potencia. ^[41]

Unidad de frecuencia variable

En muchas aplicaciones industriales de velocidad variable, los variadores de CC y WRIM están siendo desplazados por motores de inducción de jaula alimentados por VFD. La forma eficiente más común de controlar la velocidad del motor asíncrono de muchas cargas es con VFD. Las barreras para la adopción de VFD debido a consideraciones de costo y confiabilidad se han reducido considerablemente en las últimas tres décadas, de modo que se estima que la tecnología de accionamiento se adopta en hasta un 30% a un 40% de todos los motores recién instalados. ^[42]

Los variadores de frecuencia implementan el control escalar o vectorial de un motor de inducción.

Con el control escalar , solo se controla la magnitud y la frecuencia de la tensión de alimentación sin control de fase (ausente retroalimentación por posición del rotor). El control escalar es adecuado para aplicaciones donde la carga es constante.

El control vectorial permite un control independiente de la velocidad y el par del motor, lo que permite mantener una velocidad de rotación constante con un par de carga variable. Pero el control vectorial es más caro debido al coste del sensor (no siempre) y a la necesidad de un controlador más potente. ^[43]

Construcción

Patrón de devanado típico para un motor trifásico (U, W, V) de cuatro polos. Observe el entrelazado de los devanados polares y el campo cuadrupolar resultante .

El estator de un motor de inducción consta de polos que transportan corriente de suministro para inducir un campo magnético que penetra el rotor. Para optimizar la distribución del campo magnético, los devanados se distribuyen en ranuras alrededor del estator, teniendo el campo magnético el mismo número de polos norte y sur. Los motores de inducción suelen funcionar con energía monofásica o trifásica, pero existen motores bifásicos; En teoría, los motores de inducción pueden tener cualquier número de fases. Muchos motores monofásicos que tienen dos devanados pueden considerarse motores bifásicos, ya que se utiliza un condensador para generar una segunda fase de potencia a 90° del suministro monofásico y la alimenta al segundo devanado del motor. Los motores monofásicos requieren algún mecanismo para producir un campo giratorio al arrancar. Los motores de inducción que utilizan un devanado de rotor de jaula de ardilla pueden tener las barras del rotor ligeramente sesgadas para suavizar el par en cada revolución.

Los tamaños de bastidor de motor NEMA e IEC estandarizados en toda la industria dan como resultado dimensiones intercambiables para el eje, el montaje de la base, aspectos generales y ciertos aspectos de la brida del motor. Dado que un diseño de motor abierto a prueba de goteo (ODP) permite un libre intercambio de aire desde el exterior hacia los devanados internos del estator, este estilo de motor tiende a ser un poco más eficiente porque los devanados son más fríos. A una potencia determinada, una velocidad más baja requiere un marco más grande. ^[44]

inversión de rotación

El método para cambiar el sentido de giro de un motor de inducción depende de si se trata de una máquina trifásica o monofásica. Un motor trifásico se puede invertir intercambiando dos de sus conexiones de fase. Los motores que deben cambiar de dirección con regularidad (como los polipastos) tendrán contactos de conmutación adicionales en su controlador para invertir la rotación según sea necesario. Un variador de frecuencia casi siempre permite la inversión cambiando electrónicamente la secuencia de fases del voltaje aplicado al motor.

En un motor monofásico de fase dividida, la inversión se logra invirtiendo las conexiones del devanado de arranque. Algunos motores sacan a la luz las conexiones del devanado de arranque para permitir la selección de la dirección de rotación durante la instalación. Si el devanado de arranque está conectado permanentemente dentro del motor, no es práctico invertir el sentido de rotación. Los motores monofásicos de polos sombreados tienen una rotación fija a menos que se proporcione un segundo conjunto de devanados de sombreado.

Factor de potencia

El factor de potencia de los motores de inducción varía con la carga, típicamente desde aproximadamente 0,85 o 0,90 a plena carga hasta aproximadamente 0,20 sin carga, ^[39] debido a las fugas del estator y del rotor y a las reactancias de magnetización. ^[45] El factor de potencia se puede mejorar conectando condensadores en un motor individual o, preferentemente, en un bus común que abarque varios motores. Por consideraciones económicas y de otro tipo, los sistemas de energía rara vez tienen un factor de potencia corregido al factor de potencia unitario. ^[46] La aplicación de capacitores de potencia con corrientes armónicas requiere un análisis del sistema de energía para evitar la resonancia armónica entre los capacitores y las reactancias del transformador y del circuito. ^[47] Se recomienda la corrección del factor de potencia del bus común para minimizar el riesgo de resonancia y simplificar el análisis del sistema de energía. ^[47]

Eficiencia

La eficiencia del motor a plena carga oscila entre el 85% y el 97%, con las siguientes pérdidas: ^[48]

• Fricción y resistencia al viento , 5-15%
• Pérdidas de hierro o núcleo , 15-25%
• Pérdidas del estator, 25-40%
• Pérdidas del rotor, 15-25%
• Pérdidas por cargas perdidas, 10-20%.

Para un motor eléctrico, la eficiencia, representada por la letra griega Eta, ^[49] se define como el cociente entre la potencia mecánica de salida y la potencia eléctrica de entrada, ^[50] calculada mediante esta fórmula:

${\displaystyle \eta =OutputMechanicalPower\div InputElectricalPower}$

Las autoridades reguladoras de muchos países han implementado leyes para fomentar la fabricación y el uso de motores eléctricos de mayor eficiencia. Algunas leyes exigen el uso futuro de motores de inducción de alta eficiencia en ciertos equipos. Para obtener más información, consulte: Eficiencia premium .

Circuito equivalente de Steinmetz

Se pueden obtener muchas relaciones útiles del motor entre tiempo, corriente, voltaje, velocidad, factor de potencia y par a partir del análisis del circuito equivalente de Steinmetz (también denominado circuito equivalente en T o circuito equivalente recomendado por IEEE), un modelo matemático utilizado para describir cómo funciona un motor. La entrada eléctrica del motor de inducción se transforma en salida de energía mecánica útil. El circuito equivalente es una representación monofásica de un motor de inducción multifásico que es válido en condiciones de carga equilibrada en estado estacionario.

El circuito equivalente de Steinmetz se expresa simplemente en términos de los siguientes componentes:

• Resistencia del estator y reactancia de fuga ( , ). ${\displaystyle R_{s}}$ ${\displaystyle X_{s}}$
• Resistencia del rotor , reactancia de fuga y deslizamiento ( , o , y ). ${\displaystyle R_{r}}$ ${\displaystyle X_{r}}$ ${\displaystyle R_{r}'}$ ${\displaystyle X_{r}'}$ ${\displaystyle s}$
• Reactancia magnetizante ( ). ${\displaystyle X_{m}}$

Parafraseando a Alger en Knowlton, un motor de inducción es simplemente un transformador eléctrico cuyo circuito magnético está separado por un entrehierro entre el devanado del estator y el devanado del rotor móvil. ^[28] En consecuencia, el circuito equivalente se puede mostrar con componentes de circuito equivalente de los respectivos devanados separados por un transformador ideal o con componentes del rotor referidos al lado del estator, como se muestra en el siguiente circuito y en las tablas de definición de parámetros y ecuaciones asociadas. ^{[39] [46] [51] [52] [53] [54]}

Circuito equivalente de Steinmetz

Las siguientes aproximaciones generales se aplican al circuito: ^{[54] [55] [56]}

• La corriente máxima ocurre en condiciones de corriente de rotor bloqueado (LRC) y es algo menor que , y la LRC generalmente oscila entre 6 y 7 veces la corriente nominal para los motores de Diseño B estándar. ^[30] ${\displaystyle V_{\text{s}}/X}$
• El par de ruptura ocurre cuando y de tal manera que , con una entrada de voltaje constante, el par máximo porcentual nominal de un motor de inducción de bajo deslizamiento es aproximadamente la mitad de su LRC porcentual nominal. ${\displaystyle T_{\text{max}}}$ ${\displaystyle s\approx R_{\text{r}}'/X}$ ${\displaystyle I_{\text{s}}\approx 0.7\;LRC}$ ${\displaystyle T_{\text{max}}\approx KV_{\text{s}}^{2}/2X}$
• La reactancia de fuga relativa del estator al rotor de los motores de inducción de jaula de Diseño B estándar es ^[57]

  ${\displaystyle {\frac {X_{\text{s}}}{X_{\text{r}}'}}\approx {\frac {0.4}{0.6}}}$.

• Despreciando la resistencia del estator, la curva de par de un motor de inducción se reduce a la ecuación de Kloss ^[58]

  ${\displaystyle T_{\text{em}}\approx {\frac {2T_{\text{max}}}{{\frac {s}{s_{\text{max}}}}+{\frac {s_{\text{max}}}{s}}}}}$, donde está el deslizamiento . ${\displaystyle s_{\text{max}}}$ ${\displaystyle T_{\text{max}}}$

Motor de inducción lineal

Los motores de inducción lineal, que funcionan según los mismos principios generales que los motores de inducción rotativos (frecuentemente trifásicos), están diseñados para producir movimiento en línea recta. Los usos incluyen levitación magnética , propulsión lineal, actuadores lineales y bombeo de metal líquido . ^[59]

Ver también

• Motor AC
• Diagrama circular
• Generador de inducción
• Eficiencia premium
• Flujo de refrigerante variable

Notas

1. Es decir, sin conmutación mecánica , excitación separada o autoexcitación para toda o parte de la energía transferida del estator al rotor como se encuentra en los motores universales , de CC y síncronos .
2. NEMA MG-1 define a) par de ruptura como el par máximo desarrollado por el motor con voltaje nominal aplicado a la frecuencia nominal sin una caída abrupta en la velocidad, b) par de rotor bloqueado como el par mínimo desarrollado por el motor en reposo con nominal tensión aplicada a la frecuencia nominal, y c) par de arranque como el par mínimo desarrollado por el motor durante el período de aceleración desde el reposo hasta la velocidad a la que se produce el par de ruptura.

Referencias

1. IEC 60050 (Fecha de publicación: 1990-10). Sección 411-31: Maquinaria de rotación – General, IEV ref. 411-31-10: "Máquina de inducción: máquina asíncrona de la cual sólo un devanado está energizado".
2. Babbage, C.; Herschel, JFW (enero de 1825). "Relato de la repetición de los experimentos de M. Arago sobre el magnetismo manifestado por diversas sustancias durante el acto de rotación". Transacciones filosóficas de la Royal Society . 115 : 467–496. Código Bib : 1825RSPT..115..467B. doi : 10.1098/rstl.1825.0023 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
3. Thompson , Silvanus Phillips (1895). Corrientes eléctricas polifásicas y motores de corriente alterna (1ª ed.). Londres: E. y FN Spon. pag. 261 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
4. Baily, Walter (28 de junio de 1879). "Un modo de producir la rotación de Arago". Revista Filosófica . Taylor y Francisco. 3 (1): 115-120. Código Bib : 1879PPSL....3..115B. doi :10.1088/1478-7814/3/1/318.
5. Vučković, Vladan (noviembre de 2006). «Interpretación de un Descubrimiento» (PDF) . La Revista Serbia de Ingenieros Eléctricos . 3 (2) . Consultado el 10 de febrero de 2013 .
6. El ingeniero eléctrico, volumen 5. (febrero de 1890)
7. El electricista, volumen 50. 1923
8. Boletín oficial de la Oficina de Patentes de Estados Unidos: Volumen 50. (1890)
9. Eugenio Katz. "Blathy". Gente.clarkson.edu. Archivado desde el original el 25 de junio de 2008 . Consultado el 4 de agosto de 2009 .
10. Ricks, GWD (marzo de 1896). "Medidores de suministro eléctrico". Revista de la Institución de Ingenieros Eléctricos . 25 (120): 57–77. doi :10.1049/jiee-1.1896.0005.
11. Ferraris, G. (1888). "Atti della Reale Academia delle Science di Torino". Atti della R. Academia delle Science di Torino . XXIII : 360–375.
12. Argel, PL; Arnold, RE (1976). "La historia de los motores de inducción en Estados Unidos". Actas del IEEE . 64 (9): 1380-1383. doi :10.1109/PROC.1976.10329. S2CID  42191157.
13. Froehlich, Fritz E.; Kent, Allen , eds. (1992). La Enciclopedia de Telecomunicaciones de Froehlich/Kent: Volumen 17 - Tecnología de televisión para cablear antenas (Primera ed.). Nueva York: Marcel Dekker, Inc. pág. 36.ISBN​ 978-0-8247-2902-8.
14. El ingeniero eléctrico (21 de septiembre de 1888). . . . Dos experimentadores, Nikola Tesla y Galileo Ferraris, dieron a conocer casi simultáneamente una nueva aplicación de la corriente alterna en la producción del movimiento giratorio, y el tema atrajo la atención general por el hecho de que no se encontraba ningún conmutador ni conexión de ningún tipo con la armadura. requerido. . . . vol. II. Londres: Charles & Co. pág. 239.
15. Ferraris, Galileo (1885). "Rotación electromagnética con corriente alterna". electricista . 36 : 360–375.
16. Tesla, Nikola; Trans. AIEE. (1888). "Un nuevo sistema para motores y transformadores de corriente alterna". AIEE . 5 : 308–324 . Consultado el 17 de diciembre de 2012 .
17. Jonnes, Jill (19 de agosto de 2003). Imperios de la luz: Edison, Tesla, Westinghouse y la carrera para electrificar el mundo. Grupo editorial Random House. ISBN 9781588360007- a través de libros de Google.
18. "Mundo eléctrico". McGraw-Hill. 18 de mayo de 1921 - vía Google Books.
19. Klooster, John W. (30 de julio de 2009). Iconos de la invención, los creadores del mundo moderno desde Gutenberg hasta Gates. Santa Bárbara: ABC-CLIO. pag. 305.ISBN​ 978-0-313-34744-3. Consultado el 10 de septiembre de 2012 .
20. Día, Lance (1996). McNeil, Ian (ed.). Diccionario biográfico de historia de la tecnología. Londres: Routledge . pag. 1204.ISBN​ 978-0-203-02829-2. Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
21. Hubbell, MW (2011). Preguntas y respuestas sobre los fundamentos de la generación de energía nuclear . Casa de autor. pag. 27.ISBN​ 978-1463424411.
22. Comité VDE Historia de la ingeniería eléctrica Capítulo alemán IEEE (enero de 2012). "150 cumpleaños del Coloquio Michael von Dolivo-Dobrowolsky". Historia de las noticias sobre tecnología energética . 13 . Archivado desde el original el 25 de febrero de 2013 . Consultado el 10 de febrero de 2013 .
23. Dolivo-Dobrowolsky, M. (1891). ETZ . 12 : 149, 161. {{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )
24. Kennelly, Arthur E. (enero de 1893). "Impedancia". Transacciones del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos . X : 172–232. doi :10.1109/T-AIEE.1893.4768008. S2CID  264022523.
25. Steinmetz, Charles Proteo (1897). "El motor de inducción de corriente alterna". AIEE Trans . XIV (1): 183–217. doi :10.1109/T-AIEE.1897.5570186. S2CID  51652760.
26. Banihaschemi, Abdolmajid (1973). Determinación de las Pérdidas en Máquinas de Inducción por Armónicos (PDF) . Fredericton, NB: Universidad de Nuevo Brunswick. págs. 1, 5–8. Archivado desde el original (PDF) el 4 de julio de 2013.
27. Steinmetz, Charles Proteo; Berg, Ernst J. (1897). Teoría y Cálculo de Fenómenos de Corriente Alterna . Compañía editorial McGraw. OL  7218906M.
28. Alger, Philip L.; et al. (3 de septiembre de 2012). "Subsección 'Máquinas de inducción' del art. 7 - Generadores y motores de corriente alterna". En Beaty, H. Wayne; Fink, Donald G. (eds.). Manual estándar para ingenieros eléctricos, decimosexta edición (16 ed.). McGraw Hill Professional. ISBN 978-0-07-176231-1.
29. "Motores de CA". NSW HSC Online - Universidad Charles Sturt. Archivado desde el original el 30 de octubre de 2012 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
30. NEMA MG-1 2007 Condensado (2008). Guía de información para estándares de motores de inducción de jaula de ardilla pequeños y medianos de CA industriales de uso general. Rosslyn, Virginia EE. UU.: NEMA. pag. 29 (Tabla 11) . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
31. "Motores de inducción (asincrónicos)" (PDF) . Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Estatal de Mississippi, Curso ECE 3183, 'Sistemas de ingeniería eléctrica para carreras que no son ECE'. Archivado desde el original (PDF) el 15 de mayo de 2016 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
32. "Motores de inducción". electricmotors.machinedesign.com . Penton Media, Inc. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2007 . Consultado el 12 de abril de 2016 .
33. "Fórmulas de motores". elec-toolbox.com. Archivado desde el original el 8 de mayo de 1999 . Consultado el 1 de enero de 2013 .
34. Srivastava, Avinash; Kumar, Ravi. "Características de deslizamiento de par del motor de inducción". Notas del curso . Facultad de Ingeniería de Malnad.
35. Publicación de normas NEMA (2007). Guía de aplicación para sistemas de accionamiento de velocidad ajustable de CA. Rosslyn, Virginia EE. UU.: NEMA. pag. 6. Archivado desde el original el 28 de abril de 2008 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
36. Herman, Stephen L. (2011). Fundamentos de la corriente alterna (8ª ed.). Estados Unidos: Cengage Learning. págs. 529–536. ISBN 978-1-111-03913-4.
37. , Mauri. "Deslizamiento del motor de inducción de CA". Plantservices.com . Consultado el 18 de diciembre de 2012 .
38. Keljik, Jeffrey (2009). "Capítulo 12: El motor de inducción trifásico de jaula de ardilla". Electricidad 4: motores, controles y mantenimiento de CA/CC (9ª ed.). Clifton Park, Nueva York: Delmar, Cengage Learning. págs. 112-115. ISBN 978-1-4354-0031-3.
39. Liang, Xiaodong; Ilochonwu, Obinna (enero de 2011). "Arranque de motores de inducción en aplicaciones industriales prácticas". Transacciones IEEE sobre aplicaciones industriales . 47 (1): 271–280. doi :10.1109/TIA.2010.2090848. S2CID  18982431.
40. Jamil Asghar, MS (2003). "Control de velocidad de motores de inducción de rotor bobinado mediante control de voltaje óptimo basado en regulador de CA". Quinta Conferencia Internacional sobre Electrónica de Potencia y Sistemas de Accionamiento, 2003. PEDS 2003 . vol. 2. págs. 1037-1040. doi :10.1109/PEDS.2003.1283113. ISBN 978-0-7803-7885-8. S2CID  113603428.
41. Gumerov, Marina B.; Natalya L. Babikova, Marina B.; Rustam I. Gareev, Marina B. (22 a 25 de octubre de 2019). El motor síncrono-asíncrono en cascada. Actas, ICOECS: Conferencia internacional de 2019 sobre complejos y sistemas electrotécnicos. Piscataway, Nueva Jersey: Universidad Técnica de Aviación Estatal de Ufa, Ufa, Rusia. pag. 1. doi : 10.1109/ICOECS46375.2019.8949946. ISBN 978-1-7281-1728-7.
42. Lendenmann, Heinz; Moghadam, Reza R.; Tami, Ari; Bueno, Lars-Erik. "Conducir hacia adelante" (PDF) . Consultado el 18 de abril de 2012 .
43. "Principio de funcionamiento del motor de inducción trifásico".
44. Grupo ABB (Compañía Eléctrica Baldor) (2016). «GUÍA DEL ESPECIFICADOR» (PDF) . pag. 6. Archivado desde el original (PDF) el 23 de noviembre de 2016 . Consultado el 4 de octubre de 2016 .
45. Fink, director general; Beaty, HW (1978). Manual estándar para ingenieros eléctricos (11ª ed.). McGraw-Hill. Págs. 20–28 a 20–29.
46. Jordania, Howard E. (1994). Motores eléctricos energéticamente eficientes y sus aplicaciones (2ª ed.). Nueva York: Plenum Press. ISBN 978-0-306-44698-6.
47. NEMA MG-1, pág. 19
48. DOE de EE. UU. (2008). "Mejora del rendimiento del motor y del sistema de transmisión: un libro de consulta para la industria" (PDF) . pag. 27 . Consultado el 31 de diciembre de 2012 .
49. de Swardt, Henk (febrero de 2014). "¿Se puede reparar un motor MT de alta eficiencia?". Conferencia Internacional IEEE 2014 sobre Tecnología Industrial (ICIT) . Busan, Corea del Sur: IEEE. págs. 169-174. doi :10.1109/ICIT.2014.6894933. ISBN 978-1-4799-3939-8.
50. de Swardt, Henk (febrero de 2014). "Mitos sobre la eficiencia de los motores eléctricos: trabajo versus desperdicio". Conferencia Internacional IEEE 2014 sobre Tecnología Industrial (ICIT) . págs. 193-196. doi :10.1109/ICIT.2014.6894937. ISBN 978-1-4799-3939-8.
51. Hubert, Carlos I. (2002). Máquinas eléctricas: teoría, funcionamiento, aplicaciones, ajuste y control (2ª ed.). Upper Saddle River, Nueva Jersey: Prentice Hall. págs. Capítulo 4. ISBN 978-0130612106.
52. Beaty, H. Wayne, ed. (2006). "Sección 5 - Motores de inducción trifásicos de Hashem Oraee" (PDF) . Manual de cálculos de energía eléctrica (3ª ed.). Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-136298-3. Archivado desde el original (PDF) el 13 de agosto de 2012.
53. Caballero, Andy. "Modelo de circuito equivalente de máquina de inducción". Organizado por la Universidad de Calgary . Consultado el 2 de febrero de 2022 .
54. IEEE 112 (2004). Procedimiento de prueba estándar IEEE para motores y generadores de inducción polifásicos . Nueva York, Nueva York: IEEE. ISBN 978-0-7381-3978-4.{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
55. Argel (1949), pág. 711
56. Özyurt, Ç.H. (2005). Estimación de parámetros y velocidad de motores de inducción a partir de datos y mediciones del fabricante (PDF) . Universidad Tecnica del Medio Este. págs. 33–34.
57. Caballero, Andy. "Determinación de los parámetros de la máquina de inducción". Organizado por la Universidad de Calgary . Consultado el 1 de febrero de 2022 .
58. Hameyer, Kay (2001). «Máquina Eléctrica I: Conceptos Básicos, Diseño, Función, Funcionamiento» (PDF) . Instituto Universitario de Máquinas Eléctricas RWTH Aachen. Archivado desde el original (PDF) el 10 de febrero de 2013 . Consultado el 11 de enero de 2013 .página=133
59. Boletín de los científicos atómicos. Fundación Educativa para la Ciencia Atómica. 6 de junio de 1973 . Consultado el 8 de agosto de 2012 .

fuentes clásicas

• Bailey, Benjamín Franklin (1911). El motor de inducción. McGraw-Hill. Motor de inducción.
• Behrend, Bernhard Arthur (1901). El motor de inducción: un breve tratado sobre su teoría y diseño, con numerosos diagramas y datos experimentales. McGraw Publishing Company / Ingeniero y mundo eléctrico.
• Chico de la Tour, Henri (1906). El motor de inducción: su teoría y diseño, expuesto mediante un método práctico de cálculo. Traducido Cyprien Odilon Mailloux. Pub McGraw. Co.

enlaces externos

• ¿Quién inventó el motor eléctrico polifásico?
• Silvanus Phillips Thompson: Corrientes eléctricas polifásicas y motores de corriente alterna
• Temas de motores de inducción del sitio web de Hiperfísica alojado por CR Nave, Departamento de Física y Astronomía de GSU.
• Papeles de Cower