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El motor de jaula de ardilla
El motor de corriente alterna trifásico de jaula de ardilla es el motor eléctrico industrial por excelencia. Fuerte, robusto y sencillo, se usa en un gran número de máquinas con un mantenimiento mínimo.
Vamos a tratar de entender su principio de funcionamiento y las posibilidades de modificación de su consumo de potencia en el arranque y de su velocidad de giro.
El motor de jaula de ardilla
Presentación de la unidad didáctica:
En esta unidad didáctica, destinada a alumnos de 2º de Bachillerato de Tecnología Industrial II, se pretenden mostrar de un modo interactivo los distintos elementos que componen este tipo de motores eléctricos, tal vez los más utilizados hoy en día por el ser humano.
Fuerza electromotriz
Cuando un conductor eléctrico de una determinada longitud L se movía dentro de un campo magnético de inducción B, cortando consecuentemente las líneas de campo, se generaba en dicho conductor una fuerza electromotriz ε.
¿Recuerdas como obtener el valor de dicha fuerza?
En efecto se obtenía como ε = B.L.v, donde B viene dado en Teslas, L en metros y V en metros por segundo, dando como resultado ε en voltios.
Partes de un motor de jaula de ardilla
Los motores de jaula de ardilla constan de dos partes fundamentales:
El estátor, parte fija de la máquina, compuesta de una serie de chapas magnéticas aisladas entre sí para evitar la corrientes de Foucault, con una serie de ranuras interiores en las que se alojan los debanados de excitación, con un número de fases igual a las de la corriente eléctrica a la que esté conectado el motor.
El rotor, parte móvil de la máquina, constituida por unas barras de cobre o aluminio unidas en sus extremos por un disco de idéntico material. Es importante hacer notar que en este tipo de rotor no existen escobillas de conexión que permitan la conexión del rotor con el exterior, tal y como ocurre en el motor trifásico asíncrono de rotor bobinado.
En el momento del arranque estos motores poseen un par relativamente pequeño, mientras que la intensidad absobida de la red el elevada.
Caso de estudio
La inducción magnética el estator del motor se desplaza de forma circular. Esa velocidad de giro nos da la velocidad de sincronismo del motor n1, que es función de la frecuencia f de la red eléctrica que alimenta el motor. La expresión que nos da el valor de dicha velocidad de sincronismo es:
Como expresión general se suele modificar dividiendo esta formula entre el número de pares de polos p que tenga el estator, obteniendo:
El campo magnético giratorio induce en el rotor fuerzas electromotrices, y debido a que las barras que constituyen la jaula de ardilla forman un circuito cerrado, se generan corrientes eléctricas que obligan al rotor a moverse en el sentido de giro del campo magnético del estator. La velocidad de giro del rotor n2 es algo menor a la velocidad de sincronismo n1(valores menores de un 5 % por lo general), dando lugar al concepto de deslizamiento s:
¿Qué ocurriría si el rotor girara exactamente a la misma velocidad que el campo magnético del estator?
Si ambas velocidades fuesen iguales no se inducirián fuerzas electromotrices en los devanados del rotor, porque no habría variación temporal del flujo en las espiras del rotor, y no se induciría ningún tipo de corriente.
Cálculo de las distintas pérdidas.
La potencia absorbida o potencia de entrada en un motor asíncrono de jaula de ardilla conectado a una línea de corriente trifásica viene dada por la expresión:
P = √3 . VL . IL . cosφ
donde VL es la tensión de línea, IL la intensidad e línea y cos φ el factor de potencia del motor.
Las pérdidas en los devanados del rotor y el estator vendrán dadas por la expresión:
Pcu = m . If2. R
donde m es el número de fases de la red que alimenta al motor, If la intensidad de fase y R el valor de la resistencia de dichos bobinados o de la jaula de ardilla.
Además habrá que añadir las pérdidas en el hierro Pfe debidas a los efectos de histéresis y a las corrientes de Foucault y las pérdidas mecánicas Pmec originas por los rozamientos. Estos dos tipos de pérdidas son difíciles de cuantificar en tanto que no corresponden a una expresión matemática concreta.
Si restamos todas estas pérdidas de la potencia de entrada tendremos la potencia útil Pu, que nos permite obtener el rendimiento de la máquina:
= Pu / P
Arranque en los motores asíncronos
Rotor de motor de jaula de ardilla
Estátor de un motor de jaula de ardila
El momento del arranque en este tipo de motores es delicado ya que pueden consumir un valor elevado de corriente, ocasionando problemas de suministro al resto de usuarios de la red eléctrica. Para limitar el valor de la intensidad en el arranque se puede recurrir a:
Arrancar usando un autotranformador.
Colocar una resistencia variable en serie con los devanados del estator, que se irá anulando a medida que el motor adquiera su velocidad de funcionamiento.
Recurrir al arranque estrella-triángulo, siempre en la caja de conexiones están disponibles los seis terminales de las tres fases del estator. El arranque se realizará en estrella y posteriormente, cuando el motor adquiera velocidad se cambiará a triángulo.
En la imagen ampliable puede verse una caja de conexiones de un motor asíncrono trifásico con la conexión en estrella. Se establece con las plaquitas metálicas que unen los tres terminales de la zona inferior de la imagen. Para pasar a configuración triánculo habría que colocar las tres plaquitas uniendo los polos de la línea de arriba con su correspondiente polo de la línea de abajo (poner dichas placas en posición vertical en vez de horizontal tal y como está orientada la fotografía)
Problemática del control de velocidad
La velocidad de giro de un motor asíncrono n2 viene dada por la expresión:
n2 = (1 - s) . (60 f / p)
donde s era el deslizamiento, f la frecuencia de la red de alimentación y p el número de pares de polos.
Para modificar dicha velocidad podemos:
Cambiar el número de pares de polos del estator.
Variando la frecuencia de alimentación gracias a un convertidor de frecuencia.
Variando el deslizamiento en base a cambiar la tensión de la fuente de alimentación.
Para saber más sobre estos motores
Jaula de ardilla
Jaula de ardilla
De Wikipedia, la enciclopedia libre
De Wikipedia, la enciclopedia libre
(Redirigido desde Jaula de Ardilla)
Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas).
La base del rotor se construye de un apilado hierro de laminación. El dibujo muestra solamente tres capas de apilado pero se pueden utilizar muchas más.
Los devanados inductores en el estátor de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto el rotor se lleva alrededor el campo magnético pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga.
A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estator. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estator y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras.
El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las laminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddy current'). El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio, con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis.
El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.
Uso en motores sincrónicos
Uso en motores sincrónicos
Los motores síncronos de CA trifásicos deben utilizar otros tipos de rotores aunque pueden emplear una bobina de jaula de ardilla para permitir que alcancen la velocidad de sincronismo en el arranque. Una vez funcionando a la velocidad síncrona, el campo magnético está rotando a la misma velocidad que el rotor, así que no se inducirá ninguna corriente en las bobinas de la jaula de la ardilla y no tendrán ningún otro efecto en la operación del motor síncrono.
Véase también
Véase también
Enlaces externos
Enlaces externos
Monografías, El motor de corriente alterna, jaula de ardilla.
Transmisión por engranaje de jaula de ardilla (tecnología antigua, de madera).
Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Jaula_de_ardilla"
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Vídeo demostrativo
En el siguiente vídeo puede verse como funciona este tipo de motor, además de aclararnos algunas ideas del funcionamiento independiente del estátor y el rotor.
Esquema del rotor de jaula de ardilla.
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