Ensayo motores asincronicos

Maquinas Electricas II.
Motor Asincrono Página 1
MOTOR ASINCRONO
Boris Carpio Becerra (bcarpiob88_8@hotmail.com)
Universidad Politécnica Salesiana, Ingeniería Electrica.
Cuenca-Ecuador
Abstract. - Los problemas generados por el
motor de arranque eléctrico de CA, se resumen
en tres aspectos: el consumo de gran potencia,
par y el sobrecalentamiento del motor. Hay
muchos sistemas eléctricos mediante el cual
podemos reducir estos problemas, y en el
siguiente artículo, una breve descripción de
estos, así como sus horarios y algunas
características básicas para la instalación.
I. Introduccion.
Los motores asíncronos o de inducción son
un tipo de motores eléctricos de corriente
alterna. El motor asíncrono trifásico está
formado por un rotor, que puede ser de dos
tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y
un estátor, en el que se encuentran
las bobinas inductoras. Estas bobinas son
trifásicas y están desfasadas entre sí 120º.
Según el Teorema de Ferraris, cuando por
estas bobinas circula un sistema de corrientes
trifásicas, se induce un campo
magnético giratorio que envuelve al rotor.
Este campo magnético variable va a inducir
una tensión en el rotor según la Ley de
inducción de Faraday:
Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto
motor): todo conductor por el que circula una
corriente eléctrica, inmerso en un campo
magnético experimenta una fuerza que lo
tiende a poner en movimiento.
Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó
efecto generador): en todo conductor que se
mueva en el seno de un campo magnético se
induce una tensión.
El campo magnético giratorio, a velocidad de
sincronismo, creado por el bobinado del
estator, corta los conductores del rotor, por lo
que se genera una fuerza electromotriz de
inducción.
La acción mutua del campo giratorio y las
corrientes existentes en los conductores del
rotor, originan una fuerza electrodinámica
sobre dichos conductores del rotor, las cuales
hacen girar el rotor del motor. La diferencia
entre las velocidades del rotor y el campo
magnético se denomina deslizamiento.
 Circuito equivalente del motor y
magnitudes características.
Fig. 1 Circuito Equivalente.
Fig. 2 Diagrama Fasorial.

II. Constitucion de un motor
asincrono.
 Circuito magnético.
La parte fija del circuito magnético (estátor)
es un anillo cilíndrico de chapa magnética
ajustado a la carcasa que lo envuelve. La
carcasa tiene una función puramente
protectora. En la parte interior del estátor van
dispuestos unas ranuras donde se coloca el
bobinado correspondiente.
En el interior del estátor va colocado el rotor,
que es un cilindro de chapa magnética fijado
al eje. En su periferia van dispuestas unas
ranuras en las que se coloca el bobinado
correspondiente. El entrehierro de estos
motores es constante en toda su
circunferencia y su valor debe ser el mínimo
posible.
 Circuitos eléctricos.
Los dos circuitos eléctricos van situados uno
en las ranuras del estátor (primario) y otro en
las del rotor (secundario), que esta
cortocircuitado. El rotor en cortocircuito
puede estar formado por bobinas que se
cortocircuitan en el exterior de la maquina
directamente o mediante reóstatos; o bien,
puede estar formado por barras de cobre
colocadas en las ranuras, que han de ser
cuidadosamente soldadas a dos anillos del
mismo material, llamados anillos de
cortocircuito. Este conjunto de barras y
anillos forma el motor jaula de ardilla.
También existen motores asíncronos
monofásicos, en los cuales el estátor tiene un
devanado monofásico y el rotor es de jaula de
ardilla. Son motores de pequeña potencia y en
ellos, en virtud delTeorema de Leblanc, el
campo magnético es igual a la suma de dos
campos giratorios iguales que rotan en
sentidos opuestos. Estos motores
monofásicos no arrancan por si solos, por lo
cual se debe disponer algún medio auxiliar
para él.
 Partes del motor Asincrónico.
Fig 16. Constitución del motor asincrónico
Estator: devanado trifásico distribuido en
ranuras de 120°
Tiene tres devanados en el estator. Estos
devanados están desfasados ( )⁄ siendo
p el número de pares de polos de la maquina
Fig 17. Estator.
Rotor: en este encontraremos dos tipos
bobinado y Jaula de ardilla
Bobinado: los devanado del rotor son
similares al estator con el que esta asociado.
El numero de fases del rotor no tiene porque
ser el mismo que el del estator, lo que si tiene
que ser igual es el numero de polos. Los
devanados del rotor están conectados a
anillos colectores montados sobre el mismo
eje.

Fig 18. Bobinado
Jaula de ardilla: los conductores del rotor
están igualmente distribuido por la periferia
del rotor. Los extremos de estos conductores
están cortocircuitados, por tanto no hay
posibilidad de conexión del devanado del
motor con el exterior. La posición inclinada
de las ranuras mejora las propiedades de
arranque y disminuyen el ruido.
Fig 19. Jaula de Ardilla.
III. Principios de
funcionamiento de las
máquinas asíncronas.
Las máquinas asíncronas, de las que sólo
existen motores puesto que los generadores
son siempre sincrónicos, son aquellas en las
cuales la velocidad de rotación n puede ser
diferente que la síncrona ns, siendo ésta
última la velocidad con la que gira el campo
magnético dentro de la cavidad en la que se
aloja el rotor.
El motor asíncrono, o de inducción, funciona
precisamente gracias a las corrientes
inducidas sobre el rotor por ese campo
magnético giratorio.
Para ver esto, imaginemos que en el centro de
la cavidad del motor tenemos una espira en
cortocircuito y que en ese instante el campo
magnético tiene la dirección y el sentido que
se muestra en la Figura 3. Dado que, a los
efectos del flujo, el campo magnético está
dirigido hacia abajo y aumentando según
transcurre el tiempo, las leyes de la inducción
de Faraday y Lenz, nos dicen que sobre la
espira se inducirá una f.e.m., que a su vez
dará origen a una corriente eléctrica con un
sentido igual al que se indica en la figura.
Fig. 3 Dirección del Campo Magnético.
En estas condiciones, si aplicamos la regla de
mano izquierda podemos deducir que sobre la
espira aparecerá un par de fuerzas que
provocará que ésta gire en el mismo sentido
que el campo magnético. Obviamente,
cuando la bobina adquiera una cierta
velocidad de rotación, la f.e.m. y por lo tanto
la corriente inducida disminuirá. Esto es así
porque la velocidad con la que varía el flujo
magnético con respecto a la bobina habrá
disminuido en la misma proporción. Por otra
parte, esto significa que la velocidad de
rotación del rotor se podrá acercarse a ns pero
siempre será menor que ella.
En cualquier caso, podemos perfectamente
imaginar un motor eléctrico construido a
partir de un rotor que contiene espiras en
cortocircuito que giran atraídas por el campo
giratorio de las bobinas estatóricas. De hecho,
basado en este principio se construye el
motor llamado de jaula de ardillas, en donde
las espiras en cortocircuito están formadas
por un conjunto de varillas de cobre unidas en
sus extremos a dos anillos también de cobre.
Abajo en la misma figura se muestra cómo la
jaula de ardilla finalmente se aloja dentro de
un núcleo de hierro para aumentar la
intensidad del campo magnético alrededor de
la jaula y aumentar el rendimiento del motor.

Fig. 4 Campo giratorio del bobinado.
IV. Pérdida de potencia en
motores asíncronos y
Analisis de Placa.
 Pérdidas de Potencia.
El motor asíncrono, como cualquier motor
eléctrico, convierte energía eléctrica en
mecánica. La energía eléctrica consumida por
el motor es la energía absorbida Pabs, mientras
que la entregada es la potencia útil Pu.
La eficiencia o rendimiento del motor (h) se
define como la relación entre la potencia útil
y la absorbida, n = Pu/Pabs. La energía útil es
normalmente un dato del motor y en general
se expresa en CV o HP. Mientras que la
absorbida se puede obtener a partir de n, o de
la tensión, la corriente y el desfase usando
cualquiera de las dos fórmulas:
La potencia que no se convierte en útil, se
pierde por distintas causas. En la Figura 5 se
muestran cómo y cuáles son estas pérdidas.
Partiendo de la potencia de entrada o
absorbida, una parte se pierde en la
resistencia del bobinado estatórico y se la
representa por PCu1. Lo que queda: Pem= Pabs –
PCu1 recibe el nombre de potencia
electromagnética.
La siguiente pérdida se produce en los
conductores de la jaula de ardilla o el
bobinado rotórico PCu2. La potencia resultante
Pme = Pem – PCu2 se denomina potencia
mecánica. A diferencia de PCu1, PCu2 puede
ser calculada usando la fórmula PCu2= dPem
donde d es el deslizamiento del motor.
Queda por último una forma de pérdida de
potencia más, la llamada potencia de rotación
Prot, que se relaciona con el rozamiento de los
cojinetes y el ventilador que normalmente
está unido al eje para su propia refrigeración.
De modo que finalmente nos queda Pu = Pme
– Prot. Cuando un motor funciona sin carga,
es decir en vacío, la potencia que consume
en esta circunstancia es aproximadamente
igual a la de rotación:
Pabs(vac) = Pvac = Prot.
Fig. 5 Pérdidas de Potencia.
 Análisis de Placa.
Todos los motores deben llevar una placa
sobre la cual se describen sus características
más importantes. Entre otras, allí aparecen:
 La potencia útil del motor, en W, CV
o HP.
 La velocidad de rotación nominal (n),
 Las tensiones a las que puede trabajar
el motor, y las corrientes de líneas
correspondientes.
 El factor de potencia.

Fig. 6 Placa de un motor asíncrono.
V. Arranque de un motor
asincrono.
 Arranque Directo
Se aplica a aquellos motores de una potencia
nominal menor de 5KW (6.8 C.V.), aunque
en la práctica sólo se aplica para motores de
potencia nominal menor de 5C.V.
Fig. 7 Arranque directo.
 Arranque Estrella – Triangulo.
El arranque estrella/triángulo (U/D) es la
forma más económica de arranque, pero sus
prestaciones son limitadas. Las limitaciones
más significativas son:
1. No hay control sobre el nivel de
reducción de la corriente ni del par.
2. Se producen importantes cambios de
la corriente y del par debido a la
transición estrella/triángulo. Esto
aumenta el stress mecánico y
eléctrico y puede producir averías.
Los cambios se producen debido a
que el motor está en movimiento y al
desconectarse la alimentación hace
que el motor actúe como un
generador con tensión de salida, que
puede ser de la misma amplitud que
la de red. Esta tensión está aún
presente cuando se reconecta el
motor en delta (D). El resultado es
una corriente de hasta dos veces la
corriente LRC y hasta cuatro veces el
par LRT.
Fig. 8 Circuito de Potencia y Mando.
Fig. 9 Esquema de conexión.
Fig. 10 Comportamiento en esta conexión.

 Arranque por Autotransformador
El autotransformador de arranque es un
dispositivo similar al estrella-triángulo, salvo
por el hecho de que la tensión reducida en el
arranque se logra mediante bobinas auxiliares
que permiten aumentar la tensión en forma
escalonada, permitiendo un arranque suave.
Su único inconveniente es que las
conmutaciones de las etapas se realizan
bruscamente, produciendo en algunas
ocasiones daños perjudiciales al sistema
mecánico o a la máquina accionada. Por
ejemplo, desgaste prematuro en los
acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o
embragues de acoplamiento) o en casos
extremos roturas por fatiga del eje o
rodamientos del motor, producidos por los
grandes esfuerzos realizados en el momento
del arranque.
 Arranque por Resistencia Estatórica.
Consiste en reducir la tensión que producen
unas resistencias conectadas en serie con el
estator. Este sistema tiene el inconveniente de
que consigue disminuir la corriente en
función lineal de la caída de tensión
producida. Sin embargo, el par queda
disminuido con el cuadrado de la caída de
tensión, por lo que su aplicación, se ve
1imitada a motores en 1os que el momento de
arranque resistente, sea baja. Tienen una serie
de características que reducen su efectividad.
Algunas de éstas son:
1. Dificultad de optimizar el
rendimiento del arranque cuando está
en servicio porque el valor de
resistencia se tiene que calcular
cuando se realiza el arranque y es
difícil cambiarlo después.
2. Bajo rendimiento en situaciones de
arranque frecuente debido a que el
valor de las resistencias cambia a
medida que se va generando calor en
ellas durante un arranque. Necesita
largos períodos de refrigeración entre
arranques.
3. Bajo rendimiento en arranques con
cargas pesadas o en arranques de
larga duración debido a la
temperatura en las resistencias.
4. No realiza un arranque con reducción
de tensión efectivo cuando se trata de
cargas en las que las necesidades de
arranque varían.
Fig. 13 Comportamiento en esta conexión.

 Arranque por Resistencia Rotórica.
Este método de arranque sólo se puede
aplicar a motores de rotor devanado. Como se
comprueba fácilmente, al introducir una
resistencia adicional en el devanado del rotor,
se disminuye la corriente de arranque con
relación a la corriente absorbida por el
método de arranque directo.
PROCEDIMIENTO: inicialmente
introducir una resistencia adicional que haga
que el par de arranque sea el máximo.
Posteriormente, ir reduciendo la resistencia
adicional hasta cero.
Este método presenta los siguientes
inconvenientes:
 El motor se deja de alimentar durante
el cambio de una tensión a otra.
 Aumenta el tiempo de arranque
 Es un método caro puesto que los
motores de rotor devanado son más
caros que los de
 jaula de ardilla.
 Aumentan las pérdidas debido a la
potencia disipada en la resistencia
adicional.
En las figuras que se adjuntan a continuación
puede analizarse este método de arranque de
los motores asíncronos trifásicos. Las
diferentes implementaciones que se proponen
están realizadas con automatismos eléctricos
(relés, pulsadores, temporizadores,
contactores y sus contactos auxiliares).
Fig. 14 Conexión de este arranque.
Fig. 15 Conexión de este arranque.
VI. Conclusiones.
Por lo tanto se denomina arranque de un
motor al régimen transitorio en el que se
eleva la velocidad del mismo desde el estado
de motor detenido hasta el de motor girando a
la velocidad de régimen permanente.
El estudio del arranque de los motores tiene
una gran importancia práctica, ya que la
elección correcta de las características de los
motores eléctricos y arrancadores a instalar
están basados en el conocimiento de las
particularidades de éste régimen
transitorioAdemás ahora se conocen diversas
formas de conexión y no la misma de siempre
que era la de estrella-triangulo, ya que como
se ha visto esta conexión si bien es muy
barata pero no dispone de cualidades tales
como para caracterizarla como la mejor.
VII. Referencias
[1]http://www.mty.itesm.mx//deptosie/profes
ores/hnunez/cursos/me/Mate
ialApoyo/MaqElec4/home.htm
[2]http://webpages.ull.es/users/mmateo/electr
otecnia/2010-11/TEMA9A.pdf
[3]http://electroraggio.com/fs_files/user_img/
trif1.pdf

[4]Maquinas Eléctricas, Pau Casals Torrens,
Richard Bosh Tous
[5]Curso Moderno de arrancadores para
Maquinas Eléctricas asíncronas, Manuel
Cortes

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