TEMA 6 Maquina Induccio

download TEMA 6 Maquina Induccio

of 124

description

maquina induccion

Transcript of TEMA 6 Maquina Induccio

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    1/124

    Mquina dinducci trifsica 1

    6. MQUINA DINDUCCI TRIFSICA

    6.1 Introducci.

    6.2 Principi de funcionament i constituci6.2.1 Creaci dun camp magntic rotatiu6.2.2 Principi de funcionament de la mquina dinducci com a motor6.2.3 Constituci de la mquina dinducci6.2.4 Necessitat daconseguir una distribuci aproximadament sinusodal de

    la inducci a lentreferro6.3 Concepte de lliscament6.4 Freqncia de les f.e.m.s i intensitats de rotor. Camp magntic rotatiu de rotor6.5 Esquema equivalent en rgim permanent

    6.5.1 Esquema equivalent a rotor parat 0mn 6.5.2 Esquema equivalent amb el rotor girant 0mn

    6.5.3 Significat de la resistncias

    s1Rr

    , potncia mecnica interna, parell

    intern6.5.4 Esquema equivalent aproximat

    6.6 Balan de potncies en el funcionament com a motor6.7 Caracterstica parell-velocitat6.8 Modes o zones de funcionament6.9 Altres formes de representaci de la caracterstica parell-velocitat6.10 Expressions aproximades del parell intern, del parell mxim i del lliscament

    corresponent al parell mxim

    6.11 Anlisis del comportament del motor dinducci en la zona de comportamentestable

    6.12 Influncia del valor de la resistncia de rotor6.13 Control de les caracterstiques de funcionament pel disseny del rotor6.14 Altres caracterstiques funcionals del motor dinducci6.15 Operaci com a motor

    6.15.1 Tensions de funcionament i connexions en engegada directa6.15.2 Engegada6.15.3 Inversi del sentit de gir6.15.4 Frenat6.15.5 Variaci de velocitat

    6.16 Aplicacions de la mquina dinducci trifsica.6.16.1 Aplicacions com a generador6.16.2 Aplicacions com a motor

    6.17 Dades tcniques de la mquina dinducci trifsica

    6.18 Annex A: Variadors de freqncia6.19 Annex B: Aplicacions del motor dinducci de rotor debanat

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    2/124

    Mquina dinducci trifsica 2

    6.1 INTRODUCCI

    La mquina dinducci es reversible com totes les mquines elctriques rotativesbsiques i per tant pot funcionar com a motor i com a generador. Normalment el seu

    funcionament s com a motor, de tal manera que podem dir que la majoria de motorsque estan rodant en les indstries sn motors trifsics dinducci o motors trifsics degbia desquirol.

    s per aquest motiu que aquest tema sha enfocat a explicar de forma extensa elfuncionament de la mquina dinducci com a motor.

    La gran extensi daquest tema be motivada tamb per la mateixa causa, al ser el motordinducci el ms aplicat el seu estudi es important pels tcnics que lhan daplicar.

    6.2 PRINCIPI DE FUNCIONAMENT I CONSTITUCI

    6.2.1 Creaci dun camp magntic rotatiu

    La mquina asncrona es basa en la creaci dun camp magntic rotatiu per mitj de lacirculaci de corrents trifsics en els tres debanats estacionaris de lestator.

    En lestator de la mquina dinducci trifsica tenim un debanat trifsic distribut enranures tal com es mostra en la figura:

    Bobinat trifsic duna mquina de 2 pols:

    a, b, c : caps de bobina dentrada.

    a', b', c' : caps de bobina de sortida.

    Podem reconixer que s un motor de 2 pols ja que tenim, per exemple, dues zones deranures amb conductors corresponents a la fase a.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    3/124

    Mquina dinducci trifsica 3

    En la segent figura es mostra en perspectiva com podria ser per exemple el debanat dela fase a - a' :

    En la segent figura veiem representat de forma esquemtica com seria el debanatdestator duna mquina dinducci trifsica de 4 pols: observem que tenim per exemple4 zones de ranures amb conductors de la fase a.

    Si alimentem cada una de les fases a, b, c del nostre debanat amb tensions trifsiquessinusodals, els valors instantanis dintensitat en cada conductor variaran en funci delevoluci de les tensions dalimentaci i tindrem tamb un sistema trifsic dintensitatssinusodals. Cada fase a-a', b-b', c-c' collabora individualment a generar el campmagntic destator.

    Mostrem quina posici tindr el camp magntic resultant destator per varis instants delevoluci dels corrents trifsics per una mquina de dos pols:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    4/124

    Mquina dinducci trifsica 4

    Conclusi: si un debanat trifsic salimenta per un sistema de tensions trifsiquessinusodals, de tal forma que es te en aquests debanat un sistema trifsic dintensitatssinusodals ia , ,i ib c , es produeix un camp magntic rotatiu:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    5/124

    Mquina dinducci trifsica 5

    - Si la mquina s de dos pols com la que hem vist fins aquest moment, el campmagntic donar una volta a cada perode complet de la tensi dalimentaci.

    - Si la mquina s de quatre pols, el camp magntic donar mitja volta a cada perodecomplet de la tensi dalimentaci.etc.

    Per canviar el sentit de gir del camp magntic rotatiu caldr invertir la connexi de dos

    conductors de lnia:

    Lexpressi matemtica que ens dona la velocitat en r.p.m. (revolucions per minut) delcamp magntic rotatiu en funci de la freqncia de la tensi dalimentaci s lasegent:

    - Velocitat en r.p.m. i freqncia en Hz:

    nf

    pp ms

    s

    p

    60r. . .

    fs : freqncia de la tensi dalimentaci amb que alimentem lestator, en Hz.ns : velocitat del camp magntic rotatiu destator en r.p.m.(velocitat desincronisme).

    pp : nombre de parells de pols. pnombre de

    ppols

    2

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    6/124

    Mquina dinducci trifsica 6

    6.2.2 Principi de funcionament de la mquina dinducci com a motor

    Tenim:

    - En lestator: un debanat trifsic collocat en ranures.

    - En el rotor: un rotor de "gbia desquirol".

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    7/124

    Mquina dinducci trifsica 7

    Ens limitaren a explicar el funcionament com a motor, donat que s la seva principalaplicaci.

    En els condicions inicials darrencada, tenim el rotor parat. En el entreferro tenim uncamp magntic rotatiu i tindrem en el rotor un flux variable. Es crearan f.e.m.s indudes

    en les barres del rotor i tindrem la corresponent circulaci dintensitat en aquestes barresdonat que les barres conjuntament amb els anells de curtcircuit formen circuits elctricstancats. Al circular intensitat en es barres es crea per tant un camp magntic en el rotor.

    El funcionament es basa al igual que qualsevol motor en latracci entre els dos campsmagntics destator i de rotor. En aquest cas, al induir-se un sistema trifsic dintensitatsen el rotor, aquestes generen un camp magntic de rotor que satrau amb el camp rotatiucreat per lestator

    - Representaci esquemtica dels pols en una mquina dinducci de 2 pols:

    - Representaci esquemtica dels pols en una mquina dinducci de 4 pols:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    8/124

    Mquina dinducci trifsica 8

    Ja amb el rotor en moviment, per tal que tinguem parell, s necessari que continuncirculant intensitats en els conductors o barres del rotor. Aix noms ser possible siaquests conductors o barres "tallen" les lnies de fora del camp magntic rotatiu creat

    per lestator, i per tant tenim el rotor travessat per un flux variable. Aix noms spossible si la velocitat mn del rotor s inferior a la velocitat sn del camp magntic

    rotatiu:

    Aix doncs, la mquina asncrona o mquina dinducci funcionant com a motor, girasempre a una velocitat inferior (normalment ser noms lleugerament inferior) a lavelocitat del camp magntic rotatiu. Per aix es anomenada mquina asncrona:

    ( funcionant com a motor ! )

    sm nn mn : velocitat mecnica velocitat de rotaci del rotor.

    ns : velocitat de sincronisme velocitat de rotaci del campmagntic rotatiu :

    nf

    pp ms

    s

    p

    60r. . .

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    9/124

    Mquina dinducci trifsica 9

    Una vegada conegut el principi de funcionament podem revisar les diferents formes dedenominar aquesta mquina elctrica rotativa:

    - Motor dinducci trifsic: es denomina aix perqu no alimentem el circuit de rotordes del exterior sin que les f.e.m.s i intensitats que circulen pel rotor estan creades

    per un fenomen dinducci.

    - Motor trifsic de gbia desquirol: es denomina aix per la forma peculiar del circuitelctric de rotor que t molta semblana a una gbia desquirol:

    - Motor asncron trifsic: perqu el rotor no gira a la velocitat de sincronisme. El rotorno gira a la mateixa velocitat que el camp magntic rotatiu creat per lestator(velocitat de sincronisme) sin a una velocitat inferior.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    10/124

    Mquina dinducci trifsica 10

    6.2.3 Constituci de la mquina dinducci

    Abans diniciar aquest apartat revisem quines parts de la mquina dinducci o mquinaasncrona estan ubicades en lestator i en el rotor:

    En els anteriors apartats ja shan donat detalls sobre les parts de la mquina dinducci

    trifsica. Noms ens resta ampliar alguns detalls i distingir dues formes constructivesdiferenciades:

    - Mquina dinducci trifsica amb rotor de gbia desquirol- Mquina dinducci trifsica amb rotor debanat o mquina dinducci trifsica

    danells

    Mquina dinducci trifsica amb rotor de gbia desquirol:

    Aquest s el tipus de construcci habitual donat que prcticament ja no es fabriquen nisapliquen mquines dinducci trifsiques amb rotor debanat.

    Tal com sha explicat al parlar del principi de funcionament aquestes mquines constenbsicament de:

    EN LESTATOR: linductor format per un debanat trifsic collocat en ranures.EN EL ROTOR: lindut format per el tpic rotor de gbia desquirol.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    11/124

    Mquina dinducci trifsica 11

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    12/124

    Mquina dinducci trifsica 12

    Podem distingir dos tipus de rotor de gbia desquirol:

    - Per petites i mitjanes potncies: rotor de gbia desquirol amb barres dalumini.

    En les tres figures que segueixen hem intentat representar el procs de construcci:

    (1): Sapilen xapes de material ferromagntic amb ranures que constituiran elsforats a on sinjectar lalumini. Aquestes xapes queden inserides en el eix delrotor

    (2): Sinjecta alumini fos a dins els forats formant-se aix les barres dalumini.

    (3): Es colloquen els anells de curtcircuit dalumini

    (1) (2)

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    13/124

    Mquina dinducci trifsica 13

    (3)

    Tal com sobserva, les xapes es colloquen de tal forma que les barres dalumini quees formen queden inclinades. Aix dona una millor resposta a la mquina.

    Aquest procs de fabricaci permet fer rotors molt robustos i a ms es pot realitzaramb un grau elevat dautomatitzaci i per tant amb un cost redut fent que la mquinadinducci trifsica tingui un preu dadquisici relativament baix.

    La segent figura mostra laspecte dun daquests rotors:

    - Per elevades potncies: rotor de gbia desquirol amb barres de coure

    Per elevades potncies les barres del rotor sn de coure i el procs de fabricaci smolt ms manual.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    14/124

    Mquina dinducci trifsica 14

    Mquina dinducci trifsica amb rotor debanat o mquina dinducci trifsica danellslliscants:

    Aquest tipus de mquines dinducci trifsiques sutilitzava antigament perdeterminades aplicacions.

    Veurem que el valor de la resistncia hmica per fase del rotor (en el cas duna mquinaamb rotor de gbia, seria la resistncia fer fase del circuit tancat constitut per les barres

    i els anells de curtcircuit) te una gran influncia sobre la forma de la caractersticaparell-velocitat i sobre altres parmetres importants pel funcionament com a motor comla intensitat dengegada i el parell dengegada.

    Encara que es fabriquin motors dinducci trifsics amb diversos tipus de rotors enfunci del tipus daplicaci, est clar que una vegada tenim escollit un motor de gbiadesquirol no hi accs al rotor i per tant no en podem canviar les caracterstiques.

    Amb la mquina dinducci trifsica amb rotor debanat o danells lliscants hi haviaaccs elctric al circuit rotric i es podia modificar el valor de la resistncia per fase derotor mitjanant la connexi de resistncies exteriors de rotor. El valor de les

    resistncies exteriors de rotor es sumava al valor de la resistncia fer fase del debanat derotor aconseguint aix poder modificar el valor total.

    Aquestes mquines consten bsicament de:

    EN LESTATOR: linductor format per un debanat trifsic collocat en ranures.

    EN EL ROTOR: lindut format per un debanat trifsic en estrella collocat en ranures iamb accs elctric als tres extrems de lestrella mitjanant un conjunt de tres anellscollectors i escombretes.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    15/124

    Mquina dinducci trifsica 15

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    16/124

    Mquina dinducci trifsica 16

    Les segents figures mostren la idea del motor dinducci trifsic de rotor debanat omotor dinducci danells lliscants:

    En el rotor de gbia les intensitats estanquen a traves de les barres i els anells de

    curtcircuit:

    En el rotor debanat les intensitats estanquen a travs del propi debanat de rotor

    i els elements exteriors connectats a lesescombretes, per exemple resistnciesexterior de rotor:

    La segent figura mostra una fotografia dun rotor duna mquina dinducci de rotordebanat:

    En lannex (apartat 6.18) es parla com a curiositat de les aplicacions especials que teniaaquest tipus de motor dinducci.

    Deixant apart que es tracta dun tipus de motor que ja no saplica actualment en novesinstallacions, s una mquina dinducci molt interessant des del punt de vista didcticdoncs al tenir accs elctric al circuit elctric del rotor ens permet revisar aspectesterics que afecten al funcionament de qualsevol tipus de mquina dinducci trifsica.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    17/124

    Mquina dinducci trifsica 17

    6.2.4 Necessitat daconseguir una distribuci aproximadament sinusodal de lainducci a lentreferro

    Imaginem una mquina dinducci amb un estator amb lestructura indicada en lafigura:

    Analitzem quina ser la distribuci de densitat de flux en l'instant en qu lesintensitats a les fases adopten els valors assenyalats:

    En linstant marcat, suposant que el valor mxim dintensitat sigui I tindrem:

    fase a : valor instantani dintensitat = I

    fase b : valor instantani dintensitat = I2

    fase c : valor instantani dintensitat = I 2

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    18/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    19/124

    Mquina dinducci trifsica 19

    Velocitats i sentits de gir del camp fonamental a) i del cinqu harmnicb) produts per un sistema trifsic dintensitats.

    Recordem que podem estudiar el principi de generaci de parell en totes les mquineselctriques rotatives com la interacci entre els camps magntics generats en el rotor ien lestator:

    Aix vol dir que aquest camp magntic "estrany" del 5 harmnic creat pel debanatdestator influir negativament en el funcionament de la mquina. Aix, els campsmagntics rotatius inversos creen una component de parell que soposa al moviment derotaci. Aquestes components de parell oposades al moviment sn petites i no

    provoquen la parada de la mquina, per s afecten al rendiment.

    Si mitjanant un bobinat adequat aconsegussim una distribuci de la inducci creadaper lestator en lentreferro perfectament sinusodal com la de la figura, el campmagntic rotatiu tindria noms una component fonamental i no hi hauria campsmagntics rotatius harmnics i, en conseqncia millorarem la eficincia del motor:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    20/124

    Mquina dinducci trifsica 20

    La soluci est doncs en aconseguir la desitjada distribuci aproximadament sinusodalde la inducci mitjanant el bobinat adequat. La soluci est en aplicar alguna de lessegents mesures o vries simultniament:

    - Crear debanats destator distributsen varies ranures.- Crear debanats de doble capa.- Inclinar les ranures del debanat destator.- Inclinar les ranures del rotor:aconseguim amb aix que les f.e.m. indudes en les

    barres del rotor siguin ms sinusodals.

    - Bobinats distributs destator:

    En la segent figura es mostra esquemticament con s el debanat per una fase en elcas de que cada fase ocupi 6 ranures:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    21/124

    Mquina dinducci trifsica 21

    Debanats de doble capa.

    Comparem per exemple la distribuci de la inducci creada per dos debanatdistributs en sis ranures per fase un de simple capa i un altre de doble capa:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    22/124

    Mquina dinducci trifsica 22

    - Rotor amb ranures inclinades:

    6.3 CONCEPTE DE LLISCAMENT

    En una mquina dinducci trifsica la velocitat de rotaci de leix nm no coincideixmai amb la velocitat de rotaci del camp magntic rotatiu sn (velocitat de

    sincronisme). Tenim:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    23/124

    Mquina dinducci trifsica 23

    - Funcionament com a motor: sm nn

    - Funcionament com a generador: sm nn (tal com veurem en prxims apartats)

    Es defineix el lliscament scom:

    sn n

    ns m

    s

    ns: Velocitat de sincronisme. Velocitat de rotaci del camp magntic rotatiucreat per lestator en r.p.m..

    nm : Velocitat mecnica del rotor. Velocitat de rotaci del rotor en r.p.m.

    o sigui que lliscament s sinnim de prdua de velocitat respecte a la velocitat desincronisme.

    - Velocitats nominals "tpiques" dels motors trifsics dinducci:

    Funcionant en rgim nominal, la velocitat del motor dinducci trifsic es lleugeramentinferior a la velocitat de sincronisme.

    Velocitats del camp magntic rotatiu i velocitats nominals tpiques del rotor en r.p.m enfunci del nombre de pols per una mquina dinducci treballant com a motor:

    N. pols 2 4 6 8 10 12 16 polsCamp rotatiu 3000 1500 1000 750 600 500 375 r.p.m.Velocitats nominals rotor 2850 1425 950 710 570 475 355 r.p.m.El lliscament dels motors dinducci trifsics normalment t valors baixos.

    Si per exemple agafem les dades de la taula corresponents a una mquina de 4 pols:

    Dades:

    n

    ns

    m

    1500 r.p.m.

    1425 r.p.m.

    f

    ps

    p

    50 Hz.

    2

    - Lliscament:

    sn n

    ns m

    s

    1500 1425

    15000 05,

    veiem que efectivament el lliscament t un valor baix.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    24/124

    Mquina dinducci trifsica 24

    6.4 FREQNCIA DE LES F.E.M.s I INTENSITATS DE ROTOR. CAMPMAGNTIC ROTATIU DE ROTOR

    Tenim que les tres fases de xarxa dalimentaci ( a, b, c ) connectades als tres debanatsde lestator del motor produeixen un camp magntic rotatiu amb una distribuci espacial

    de lindicio o densitat de flux en lentreferro que com es justifica en lapartat 6.2.4 hade ser aproximadament sinusodal.

    En funci de com es distribueixen les bobines de lestator es poden crear dos polsgiratoris nord i sud (mquina bipolar), quatre pols (nord-sud-nord-sud) etc.

    - Representaci esquemtica dels pols en una mquina dinducci de 2 pols:

    ( * ) : Observaci: el conjunt de les intensitats creades per inducci que circulenper les barres curtcircuitades del rotor, constitueix tamb unsistema trifsic dintensitats. Per aix aquest sistema trifsicdintensitats en el rotor crear un camp magntic rotatiu derotor.

    En la representaci esquemtica daquesta mquina bipolar ja hem indicat que elconjunt de les intensitats creades per inducci que circulen per les barres curtcircuitadesdel rotor constitueix tamb un sistema trifsic dintensitats i que per aix aquest sistematrifsic dintensitats en el rotor crear un camp magntic rotatiu de rotor.

    En aquest apartat ens centrarem doncs en analitzar el que passa en el rotor.

    Hi ha dos fenmens que es produeixen en la mquina dinducci:

    - Creaci dun camp magntic rotatiu a partir de un sistema trifsic dintensitatscirculant per un debanat trifsic

    - Creaci dun sistema de f.e.m.s indudes en un debanat trifsic degudes a laccidun camp magntic rotatiu

    revisarem aquests dos fenmens en general, doncs tamb apareixen en altres mquineselctriques, com en la mquina sncrona trifsica, i posteriorment aplicarem les

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    25/124

    Mquina dinducci trifsica 25

    corresponents expressions matemtiques per analitzar amb un exemple el que passa enel rotor de la mquina dinducci.

    Creaci dun camp magntic rotatiu a partir de un sistema trifsic dintensitats circulantper un debanat trifsic:

    .m.p.rp

    f60np

    s

    Creaci dun sistema de f.e.m.s indudes en un debanat trifsic degudes a lacci duncamp magntic rotatiu:

    Aquest seria el cas dun petit generador sncron trifsic (petit alternador) en el que comveurem en el tema 7 tenim un debanat trifsic a lestator i un rotor amb imants

    permanents.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    26/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    27/124

    Mquina dinducci trifsica 27

    Anlisi del que passa en el rotor de la mquina dinducci trifsica:

    En primer lloc tenim que el rotor duna mquina dinducci trifsica es comporta comun debanat trifsic. Aquesta afirmaci est clara en el cas de tractar-se duna mquinadinducci de rotor debanat, per s el mateix en el cas tenir un rotor de gbia

    desquirol, doncs en les barres dalumini ens trobem tres intensitats diferentsc.rb.rr.a iii ,, que es distribueixen igual que farien sobre un debanat trifsic normal.

    Aix esquemticament podem representar la mquina dinducci trifsica de la segentforma:

    Per fer aquest anlisis aplicarem les segents expressions generals:

    p

    f60n

    ps

    60

    pf

    psn

    Per a laplicar a la nostra mquina dinducci caldr fixar una nomenclatura particularper evitar confusions:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    28/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    29/124

    Mquina dinducci trifsica 29

    - Clcul de rrn (velocitat en r.p.m. del camp magntic rotatiu del rotor vist des delrotor)

    752

    5,260

    p

    f60n

    p

    rrr

    r.p.m.

    - Clcul de rsn (velocitat en r.p.m. del camp magntic rotatiu del rotor vist per unespectador situat fix en lestator)

    1500142575mrrrs nnn r.p.m.

    O sigui:

    srs nn

    velocitat en r.p.m. del camp magnticrotatiu del rotor vist per unespectador situat fix en lestator

    =velocitat en r.p.m del camp magnticrotatiu destator (velocitat de sincronisme)vist per un espectador situat fix en lestator

    Aquest concepte s important doncs permet interpretar perfectament el principi defuncionament del motor dinducci trifsic:

    El motor gira degut a les forces datracci que apareixen entre el camp magnticrotatiu destator (creat pel sistema trifsic dintensitats destator) i el campmagntic rotatiu de rotor (creat pel sistema trifsic dintensitats de rotor).

    Naturalment perqu aix tingui sentit els dos camps magntics han danar a lamateixa velocitat

    Freqncia de les f.e.m.s i intensitats del rotor en funci del lliscament:

    Tenim60

    pf

    psrr

    n ,

    p

    f60n

    p

    ss

    i

    s

    ms

    nnn

    s

    s

    s

    smspmspsrr fs

    f

    60

    p

    60

    pf

    n

    nnnnn

    en conclusi:

    sr fsf

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    30/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    31/124

    Mquina dinducci trifsica 31

    En els dos casos a rotor parat tenim clarament un efecte transformador (comparable altransformador trifsic), tenim unes bobines en lestator i en el rotor que estan creant unsfluxos i tenim un acoblament magntic entre elles.

    Podem definir igual que en un transformador uns coeficients dinducci de dispersi, uncoeficient de inducci mtua i unes resistncies hmiques de bobinat destator i de

    bobinat de rotor: L L L R R ds dr r

    m s rr, , , , i una resistncia Rp per les prdues en el

    ferro. ( Nota: L Rdrr rr, estan referides al rotor ).

    Lesquema equivalent a rotor parat ser idntic al dun transformador, sense perdre devista que estem parlant duna mquina dinducci trifsica i que lesquema equivalent

    s un esquema per fase, caldr a lhora de fer problemes aplicar la 3 a la tensi o a laintensitat segons el tipus de connexi (estrella o triangle).

    Donat que la mquina dinducci treballa amb alterna ens els esquemes equivalentsindicarem les tensions i intensitats en forma de vectors o fasors. Aix facilitar

    posteriorment la resoluci de problemes.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    32/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    33/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    34/124

    Mquina dinducci trifsica 34

    6.5.3 Significat de la resistncias

    s1Rr

    , potncia mecnica interna, parell intern

    Considerem el segent esquema equivalent:

    Veiem que en situaci de rotor parat en que el motor no lliura potncia mecnica,

    "desapareix" la resistncia Rs

    sr1

    . Aix vol dir que la potncia absorbida per Rs

    sr1

    representa la potncia mecnica "interna" ( Pmec i. ) lliurada [s > 0 : motor] o absorbida[s < 0 : generador] per la mquina dinducci. Com que lesquema s per fase hauremde multiplicar per tres:

    P Rs

    s

    Imec i r r ef . .

    31 2

    Pmec i. : potncia mecnica interna: s la potncia mecnica lliurada o absorbida en elprocs de conversi de lenergia electromagntica

    Mquina dinducci com a motor:

    Considerem el cas ms habitual de la mquina dinducci funcionant com a motor:

    Si a la potncia mecnica interna li restem les prdues mecniques (fregaments,ventilaci...) tindrem la potncia mecnica de sortida a leix del motor Pmec s. que es

    manifesta en forma duna velocitat mecnica mn i un parell de sortida Ts .

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    35/124

    Mquina dinducci trifsica 35

    P P Pmec s mec i perdues mec. . . . [ Pmec s. : potncia mecnica de sortida en eix de motor

    ].En la segent figura queden aclarides les potencies mecniques i els parells que hem deconsiderar en el motor dinducci:

    mn : velocitat mecnica : velocitat de gir del rotor.

    Pmec i. : potncia mecnica interna : potncia mecnica que lliura el motor senseconsiderar les prdues mecniques prpies. s la potncia disponible degudaal procs de conversi de lenergia electromagntica.

    Ti : parell intern ( parell electromagntic intern ) : parell intern desenvolupatper el procs de conversi de lenergia electromagntica.

    Pmec s. : potncia mecnica de sortida: potncia mecnica de sortida en leix delmotor.

    Ts : parell de sortida : parell disponible de sortida a leix del motor.

    6.5.4 Esquema equivalent aproximat

    A partir de lesquema equivalent complet de la mquina dinducci (per fase) podemconstruir igual que fiem amb el transformador lesquema equivalent aproximat (perfase):

    Per aix hem suposat menyspreable el corrent de buit que passa per la branca parallel

    R Xp m respecta al corrent en rgim nominal.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    36/124

    Mquina dinducci trifsica 36

    Aquesta aproximaci no s tan correcta com en el cas del transformador ja que elcorrent magnetitzant en aquest cas s ms important degut a lexistncia de lentreferro.A ms aquesta aproximaci ser ms vlida quan ms potncia tingui la mquina.

    Al igual que es fa amb el transformador trifsic es poden fer assajos de laboratori que

    permeten conixer els valors de lesquema equivalent aproximat. Aquests assajos basatsen lesquema equivalent aproximat sn similars als assajos de buit i de curtcircuit deltransformador:

    - Assaig amb rotor lliure o assaig en buit:

    permet conixer les prdues en el ferro PFe , R i Xp m

    - Assaig amb rotor bloquejat:

    permet conixer les prdues en el coure PCu , R R X Xs r ds dr ,

    Cal afegir que quan noms volem obtenir resultats aproximats s millor utilitzarlesquema equivalent aproximat doncs simplifica molt els clculs. Aix quan realitzarem

    problemes utilitzarem habitualment lesquema aproximat.

    6.6 BALAN DE POTNCIES EN EL FUNCIONAMENT COM A MOTOR

    Nomenclatura:

    - Potncies disponibles:

    Pelec e. : potncia elctrica dentrada.Pelmg s r . : potncia electromagntica transmesa per inducci de lestator al rotor.

    Pmec i. : potncia mecnica interna: s la potncia mecnica lliurada o

    absorbida en el procs de conversi de lenergia electromagnticaPmec s. : potncia mecnica de sortida a leix del motor.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    37/124

    Mquina dinducci trifsica 37

    - Potncies de prdues:

    PCu s. : prdues en el coure en lestator.

    PFe : prdues en el ferro.

    PCu r. : prdues en el coure en el rotor.

    Pmec. : prdues mecniques.

    6.7 CARACTERSTICA PARELL-VELOCITAT

    A partir de lesquema equivalent complet o aproximat podem obtenir la corba parell-velocitat de la mquina dinducci i estudiar aix el seu comportament. Un ordinador PCamb el software adequat permet obtenir rpidament aquesta corba.

    Es tracta de plantejar les equacions de malles del circuit equivalent a diferents velocitats(o sigui diferents lliscaments). El clcul de la intensitat que circula per la resistncia

    variable Rs

    sr1

    ens permet conixer la potncia dissipada en aquesta resistncia per

    cada valor de velocitat i a partir daqui calcular el parell "intern" que desenvolupa la

    mquina (recordem: P Rs

    sImec i r r ef . .

    3

    1 2 im

    i.meci n1047,0

    PT

    )

    La segent grfica correspon a la corba parell-velocitat duna mquina dinducci en lazona de treball com a motor (parell i velocitat positius) obtinguda amb un programa desimulaci dissenyat amb LabWindows. Correspon a un motor de 1,1 kW de 4 pols.funcionant amb una tensi de fase de 230 V. amb els segents valors dels elements delesquema equivalent:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    38/124

    Mquina dinducci trifsica 38

    Els dos punts negres marcats en la grfica corresponen al parell mxim i al parellnominal respectivament.

    6.8 MODES O ZONES DE FUNCIONAMENT

    Convenis: si suposem la mquina girant en un determinat sentit tenim:- velocitats positives: si leix de la mquina gira en el mateix sentit que el camp

    magntic rotatiu.- velocitats negatives:si leix de la mquina gira en sentit contrari al camp magntic

    rotatiu.- parells positius: si el parell de la mquina dinducci s del mateix sentit que el del

    camp magntic rotatiu.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    39/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    40/124

    Mquina dinducci trifsica 40

    FUNCIONAMENT COM A GENERADOR:

    sm nn

    Si mitjanant una energia mecnica exterior aconseguim que el rotor giri a una velocitatsuperior a la velocitat del camp magntic rotatiu o velocitat de sincronisme sn , lamquina dinducci es comporta com a generador.

    Com a tal generador la mquina dinducci aporta un parell oposat al parell de lamquina motriu.

    Tamb en la part de la corba caracterstica parell-velocitat de funcionament com a

    generador cal distingir una zona estable i una zona inestable

    Fins fa poc la mquina asncrona sutilitzava poc com a generador. El principalinconvenient s la necessitat daportar a la mquina asncrona una intensitatmagnetitzant per funcionar (per poder crear el camp magntic rotatiu), aix la mquinaha dabsorbir potncia reactiva de la xarxa. Daqui que funcionant com a generador lamquina asncrona no pot funcionar fcilment en illa, ha de funcionar acoblada a la

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    41/124

    Mquina dinducci trifsica 41

    xarxa elctrica. La xarxa elctrica aporta a la mquina energia reactiva, oferint un factorde potncia retardat que caldr compensar amb bateries de condensadors. En lessegents figures comparem el funcionament de la mquina dinducci com a motor icom generador acoblat a la xarxa des del punt de vista del sentit de transferncia de les

    potncies activa (P) i reactiva (Q):

    Amb moltes limitacions es possible el funcionament en illa si disposem decondensadors que subministrin lenergia magnetitzant necessria. El magnetismeromanent permet arrancar la mquina.

    Encara que com veurem la mquina sncrona s la que sha anat utilitzant habitualmentcom a generador dalterna, actualment ha augmentat el nombre daplicacions de lamquina asncrona com a generador funcionant acoblat a la xarxa elctrica. El podemtrobar aplicat en aerogeneradors, en minicentrals hidruliques etc...

    Tal com hem indicat lefecte generador apareix sempre que el rotor giri a una velocitat

    superior a la del camp magntic rotatiu. En aquest cas sempre la mquina asncronaproporcionar un parell de fre en contra de la rotaci del rotor. Aquest efecte de frenates pot utilitzar per realitzar frenat elctric de motors trifsics dinducci. Aix enlapartat 6.15.3 parlarem en detall del frenat regeneratiu (actuant com generador) delmotor dinducci trifsic.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    42/124

    Mquina dinducci trifsica 42

    6.9 ALTRES FORMES DE REPRESENTACI DE LA CARACTERSTICAPARELL-VELOCITAT

    Parell en funci del lliscament:

    Eix x lliscament " s "Eix y parell " T "

    Velocitat en funci del parell:

    Eix x parell " T "Eix y velocitat " n"

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    43/124

    Mquina dinducci trifsica 43

    6.10 EXPRESSIONS APROXIMADES DEL PARELL INTERN, DEL PARELLMXIM, I DEL LLISCAMENT CORRESPONENT AL PARELL MXIM

    Donat que la mquina dinducci trifsica sutilitza normalment com a motor, en tots elsapartats que segueixen estudiarem aquesta mquina bsicament des daquest punt devista.

    En la corba parell-velocitat corresponent al funcionament com a motor podem distingirdiversos punts interessants que figuren en les dades de catleg de motors:

    TN : parell nominal.Ta : parell dengegada, aquesta dada s important, doncs si el parell dengegada

    sollicitat per la crrega mecnica es superior a aquest valor el motor no podrarrancar.

    Tm : parell mxim. Si durant el funcionament del motor, per qualsevol causa la crregamecnica sollicita un parell ms elevat que el parell mxim, el motor es parar.

    nN : velocitat nominal. Recordem que si el parell nominal TN est expressat en Nm. ila velocitat nominal en r.p.m. (revolucions per minut) la potncia nominal delmotor (potncia mecnica: s la dada que ens facilita el catleg) ser:P TN N Nn 01047, Watts.

    Encara que hem vist que mitjanant un ordinador personal podem estudiar elcomportament de la mquina dinducci, s interessant disposar dalgunes expressionsmatemtiques que ens permetran analitzar ms fcilment certs aspectes de la mquinadinducci.

    Tenim tres expressions matemtiques aproximades corresponents als segentsparmetres:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    44/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    45/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    46/124

    Mquina dinducci trifsica 46

    6.11 ANLISI DEL COMPORTAMENT DEL MOTOR DINDUCCI EN LAZONA DE COMPORTAMENT ESTABLE

    En la zona de comportament estable tenim valors baixos de lliscament:

    Expressi aproximada del parell en funci del lliscament:

    Es pot obtenir una expressi aproximada del parell en funci del lliscament que svlida noms per la zona de comportament estable (per valors baixos de lliscament):

    sr

    2s

    i R

    V)s(T

    k

    Aquesta expressi aproximada correspon a una recta de pendentk V

    Rs

    r

    2

    Podem analitzar que passar amb el pendent daquesta recta si modifiquem la tensidalimentacimantenint inalterable la resistncia rotrica Rr. A partir de lexpressi

    Ti( )sV

    Rs

    rs

    k 2

    veiem que al disminuir la tensi disminueix el pendent. Aix queda reflectit en lescorbes parell-velocitat de la figura a on es veu que el que fem al fer aquesta aproximacis aproximar la part de la corba parell-velocitat corresponent al funcionament estable auna recta:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    47/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    48/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    49/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    50/124

    Mquina dinducci trifsica 50

    6.13 CONTROL DE LES CARACTERSTIQUES DE FUNCIONAMENT PELDISSENY DEL ROTOR

    El motor ideal seria el que ens dons un elevat parell dengegada, baixa intensitatdengegada i baix lliscament.

    Aquestes caracterstiques ideals estan moltes vegades contraposades, aix per exemple sies vol dissenyar un motor amb baix lliscament tindr un valor elevar dintensitatdengegada.

    Per tal de disposar de motors dinducci amb diferents comportament (diferents corbesparell-velocitat i intensitat-velocitat) es modifica les caracterstiques constructives delrotor de gbia desquirol (diferents valors de la resistncia rotrica i de la reactncia de

    dispersi de rotor). Aix dona lloc a diferents tipus de motors que sadapten a diferentstipus daplicacions.

    En la segent figura es mostren en una nica grfica totes les caracterstiques tpiquesparell-velocitat de les diverses classes de dissenys NEMA.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    51/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    52/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    53/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    54/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    55/124

    Mquina dinducci trifsica 55

    A baixes crregues tenim un factor de potncia dolent. Caldr doncs ajustar el mspossible la potncia nominal de motor a la demanda de la crrega per treballar ambvalors elevats de cos .

    Anlisis:

    La potncia reactiva Q (VAR) depn de lefecte dautoinducci dels debanats delmotor i es mant prcticament constant encara que la crrega mecnica exigeixi mso menys esfor al motor.

    En canvi la potncia activa P (Watts) absorbida de la xarxa elctrica depn delesfor que est fent el motor o sigui depn dels Watts de potncia mecnica que elmotor estigui lliurant en el eix.

    Les segents figures mostren el triangle de potncies de dos motors idntics:

    - El motor (1) est treballant en buit i per tant la potncia mecnica que ha de

    lliurar s nicament per compensar les prdues mecniques (fregaments, prduesdegudes al ventilador propi...), per tant se lhi exigeix poc esfor

    - El motor (2) est treballant ms o menys a plena crrega, o sigui que est lliurantms o menys els Watts de potncia mecnica corresponents a la potncianominal. La crrega mecnica lhi exigeix molt ms esfor.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    56/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    57/124

    Mquina dinducci trifsica 57

    En aquesta caracterstica cal ressaltar lelevat valor de la intensitat dengegadarespecte al valor dintensitat nominal. Com veurem, en determinades ocasions caldrreduir el valor daquesta intensitat dengegada.

    Com calcular grficament la intensitat a partir de les caracterstiques parell-velocitat

    del motor i la crrega mecnica i de la caracterstica intensitat-velocitat.

    Cal dir que les dues corbes caracterstiques presentades parell-velocitat, intensitat-velocitat les poden trobar tamb representades en una mateixa grfica.

    La punta elevada dintensitat que pot aparixer a lengegada dun motor dinduccisha de tenir en compte a lhora de determinar la secci dels conductors de lnia quealimenten el motor. Aix per exemple la instrucci tcnica complementria ITC-BT-47 del Reglament Electrotcnic de Baixa Tensi determina que els conductors deconnexi que alimenten a un nic motor han destar dimensionats per una intensitat

    del 125 % de la intensitat nominal. Concretament la ITC-BT-47 diu textualment:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    58/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    59/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    60/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    61/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    62/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    63/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    64/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    65/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    66/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    67/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    68/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    69/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    70/124

    Mquina dinducci trifsica 70

    - Relaci de parells:

    La tensi per fase en el moment dengegada Vi f. (connexi estrella) es 3 ms

    petita que en condicions normals de funcionament Vf. (connexi triangle). La

    relaci de parells ser:

    TT

    13

    i

    V

    V

    V

    Vi f

    f

    f

    f

    .

    .

    .

    .

    22

    3 El parell es redueix a1

    3en la engegada.

    - Relaci dintensitats de fase ( intensitats que suporten els bobinats del motor ):

    II 13i.f.f

    VV

    V

    Vi ff

    f

    f..

    .

    .3 La intensitat en els bobinats del motor es redueix

    a1

    3en lengegada.

    - Relaci dintensitats de lnia ( intensitats absorbides de la xarxa elctrica ).

    Recordem que: en el procs dengegada connexi en estrella: I Ii i fL. .

    en condicions normals connexi en triangle: I IL f. . 3

    II

    13

    i.

    .

    L

    L

    I

    3 Ii.f

    .f

    1

    3 3 La intensitat absorbida de la xarxa (intensitat de

    lnia) es redueix a1

    3en lengegada.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    71/124

    Mquina dinducci trifsica 71

    Evoluci del parell i del corrent de lnia en lengegada estrella-triangle:

    Cal evitar una commutaci avanada:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    72/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    73/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    74/124

    Mquina dinducci trifsica 74

    Per engegar aquest motor 220 V / 380 V a tensi reduda en estrella-triangle, sha deconnectar a una xarxa de 220 Volts tensi de lnia.

    En els primers instants de lengegada el motor estar connectat en estrella i desprs depassar el temps corresponent es far la commutaci i passar a treballar en triangle.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    75/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    76/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    77/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    78/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    79/124

    Mquina dinducci trifsica 79

    Amb linserci de resistncies en lestator disminum la tensi dalimentaci. Aixsuposa reduir la intensitat dengegada per tamb el parell dengegada. El mtodeconsisteix en intercalar una resistncia en cada fase entre la xarxa i els borns delmotor durant els primers instants de lengegada. Una vegada estabilitzada lavelocitat del motor es tanca el contactor que posa les resistncies fora de servei.

    En qualsevol daquests mtodes dengegada la reducci de parell i dintensitatdepn de la tensi que tinguem en borns de la mquina en els instants dengegada.En lengegada per resistncies rotriques la tensi en borns durant el procsdengegada no es fix sin que depn de la caiguda de tensi en les resistnciesdengegada i per tant de la intensitat absorbida pel motor que es variable. Per tantno tenim unes expressions de la reducci de parell i dintensitat fcilmentavaluables doncs en tot cas caldria saber com evoluciona la intensitat durant tot el

    procs dengegada.

    Comparem lengegada amb resistncies estatriques amb una engegada per

    autotransformador de caracterstiques similars. Degut a que a mesura que accelerala mquina (tindrem menys intensitat i per tant menys reducci de tensi) lareducci de parell es menor, tindrem parells ms grans a mesura que saccelerarespecte a lengegada amb autotransformador.

    En el moment de commutaci el parell s ms gran i per tant la transici de parells ms suau . Per contra la limitaci dintensitat es menor.

    a) Engegada amb autotransformador:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    80/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    81/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    82/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    83/124

    Mquina dinducci trifsica 83

    Els arrencadors esttics permeten que la tensi evolucioni de diferent formamitjanant la configuraci de diferents parmetres. Aix saconsegueix uncomportament adequat a lengegada segons el tipus de crrega mecnica accionada.En la segent figura que correspon a la documentaci tcnica de larrencadorelectrnic SIKOSTART de Siemens mostra diferents formes devoluci de la tensiefica i la corresponent repercussi sobre levoluci de la intensitat en el procs

    dengegada .

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    84/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    85/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    86/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    87/124

    Mquina dinducci trifsica 87

    6.15.4 Frenat

    Tenim vries possibilitat de frenar el motor dinducci quan s necessari pel tipusdaccionament:

    - Per frenat mecnic- Per frenat elctric:- Frenat dinmic amb injecci de c.c.- Frenat a contra-marxa- Frenat regeneratiu (actuant com generador)

    Frenat mecnic:

    Sn semblants als frens de sabata o de disc dels autombils accionats per unelectroimant alimentat en parallel amb lalimentaci del motor, de forma que quanaquest funciona, lelectroimant est alimentat i contraresta lacci de les molles de

    frenat mantenint el freno desbloquejat. Al desconnectar el motor de la xarxa i quedarlelectroimant desexcitat, actua el freno.

    El freno mecnic pot ser independent del motor o anar muntat en linterior del propimotor coneixent-se aquesta versi constructiva amb el nom de motor-freno.

    Aspecte exterior dun motor fre:

    Aspecte exterior dun motor fre ms modern i esquema de les parts internes del fre:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    88/124

    Mquina dinducci trifsica 88

    Frenat dinmic amb injecci de c.c.:

    Per realitzar aquest frenat, una vegada desconnectat el motor de la xarxa alterna, esconnecta el debanat trifsic de lestator a una font dalimentaci de corrent contnua.Quan alimentem el debanat destator amb corrent continu, el camp magntic generat noes rotatiu sin que s estacionari . Al estar el rotor encara en moviment per inrcia,estar travessat per flux variable i per tant es crearan f.e.m.s i circulaci dintensitats enles barres de la gbia desquirol que crearan un camp magntic de rotor. Lacci delcamp magntic esttic de lestator i el camp magntic de rotor s una acci de frenat.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    89/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    90/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    91/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    92/124

    Mquina dinducci trifsica 92

    Frenat regeneratiu (actuant com generador):

    El frenat regeneratiu pot ser utilitzar en els equips de muntacrregues i grues per limitarla velocitat quan baixa la crrega. Per aix noms fa falta mantenir el debanat destatorconnectat a la xarxa i tant punt com la velocitat del rotor excedeixi lleugerament a la de

    sincronisme la mquina passa a funcionar sense soluci de continutat com generadorlliurant a la xarxa lenergia mecnica aportada per la crrega en el seu descens. Aquestfrenat exigeix el complement dun fre mecnic per aconseguir la parada de la crrega.

    Tamb pot ser que la mquina dinducci passi a treballar com a generador i per tant esfaci frenat regeneratiu en el procs de parada quan el motor dinducci est alimentatamb un variador de freqncia.

    La variaci de velocitat modificant la freqncia dalimentaci s el sistema msutilitzat actualment. A ms els variadors de freqncia permeten poder frenar el motordinducci de forma eficient. Per realitzar un frenat regeneratiu (funcionament de la

    mquina dinducci com a generador) cal en el moment de parada no desconnectarlalimentaci del variador sin anar disminuint la freqncia en forma de rampa:

    La energia cintica acumulada fa que al disminuir la freqncia la mquina dinduccigiri a una velocitat superior a la del camp magntic fixat per la freqnciadalimentaci, aix obliguem a la mquina dinducci a funcionar com a generador i pertant tenim un parell en sentit contrari al moviment.

    En el segent grfic analitzem el que passa en linstant en que la partint dunafreqncia 1f el variador est lliurant la freqncia inferior 2f :

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    93/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    94/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    95/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    96/124

    Mquina dinducci trifsica 96

    En el cas de debanats trifsics, per obtenir en lo possible la mateixa inducci mxima enlentreferro, conv modificar no noms la connexi entre bobines, sin tamb laconnexi entre fases, de estrella a triangle, o al revs. Tenim varies possibilitats:

    - Parell constant:

    Velocitat: L1 L2 L3 Unir Tipus de connexi:Baixa T1 T2 T3 triangle:Alta T6 T4 T5 T1-T2-T3 estrella paral.lel:

    - La potncia disponible a baixa velocitat es la meitat que en alta velocitat.

    - Apropiat per crregues que exigeixen un parell constant independentment de lavelocitat.

    - Parell variable:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    97/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    98/124

    Mquina dinducci trifsica 98

    Variaci de velocitat modificant la freqncia:

    La variaci de velocitat dels motorsdinducci mitjanant el canvi de lafreqncia dalimentaci es realitzamitjanant uns aparells electrnicsanomenats variadors de freqncia:

    Necessitat de mantenir el flux constantEn qualsevol mquina elctrica rotativa el parell depn del flux magntic i de laintensitat. La intensitat no pot superar el seu valor nominal, aix vol dir que lestratgiaa seguir si es vol disposar en tot moment del parell mxim, s mantenir sempre quesigui possible el flux al seu valor mxim admissible (el corresponent a les condicionsnominals).

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    99/124

    Mquina dinducci trifsica 99

    Si modifiquem la freqncia per tal daconseguir variar la velocitat hem de mantenir elflux constant. En efecte:- Si el flux s excessiu el nucli magntic estar altament saturat, i les prdues en el

    ferro seran ms elevades del normal. Tindrem un sobre-escalfament del circuitmagntic.

    - Si el flux es dbil, no podrem obtenir el parell nominal de disseny sense que laintensitat augmenti per sobre de la intensitat nominal.

    Per tal de tenir un correcte funcionament de la mquina dinducci cal una relaci

    constant entre la freqncia aplicada a lestator i la tensi:V

    fs

    s= constant.

    Per fer lanlisi partirem de lesquema equivalent de la mquina dinducci:

    Si revisem conceptes que vrem tractar al parlar del transformador, la intensitat quecircula per la branca magnetitzant Im s la intensitat necessria per crear el flux. Aquest

    flux aix mateix crear la f.e.m. VX

    msegons la llei de Faraday : V

    Xm

    N ddt

    . Hem de

    procurar segons hem vist que el flux es mantingui constant, caldr doncs que laintensitat magnetitzant s mantingui constant. Conv recordar el concepte dintensitatmagnetitzant o intensitat dexcitaci:

    Intensitat magnetitzant o intensitat dexcitaci: es denomina aix la intensitat ocomponent dintensitat que noms produeix un camp magntic i el seu valor sindependent de la crrega.

    Tenim que al treballar a freqncia variable, els valors de les inductncies del circuitequivalent varien amb la freqncia:

    X f L

    X f L

    X f L

    ds s ds

    m s m

    dr s dr

    2

    2

    2

    menyspreant les caigudes de tensi en la resistncia hmica del debanat destator Rs ila reactncia de dispersi Xds , podem dir que la tensi en extrems de la reactnciamagnetitzant V

    Xm

    s aproximadament igual a la tensi Vs :

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    100/124

    Mquina dinducci trifsica 100

    La intensitat magnetitzant valdr aproximadament

    IV

    X

    V

    f L L

    V

    fms

    m

    s

    s m m

    s

    s

    2

    1

    2

    per mantenir el flux aproximadament constant hem demantenir tamb constant la intensitat magnetitzant i per tantfar falta que

    V

    fconstants

    s

    Definici de freqncia base i velocitat base

    La variaci de la freqncia segons una relaci

    V

    f constants

    s no es pot aconseguir en

    tot el rang de valors de freqncia. La relaciV

    fconstants

    s est limitada per la

    mxima tensi que pot proporcionar el convertidor de freqncia. En efecte, unconvertidor de freqncia pot lliurar com a mxim una tensi aproximadament igual a latensi de lnia de la xarxa trifsica dalimentaci ( Vx linia_ ).

    Daquesta forma, la corba de la tensi de lnia destator en funci de la freqncia serde la forma:

    La freqncia base fb s la mnima freqncia per la qual tenim la tensi mximaque pot donar el convertidor. Els variadors de freqncia permeten escollir el valorsde la freqncia base. Per defecte aquest valor queda ajustat a 50 Hz i de fet svalor que normalment ajustarem.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    101/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    102/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    103/124

    Mquina dinducci trifsica 103

    La segent figura mostra les corbes parell-velocitats obtingudes mitjanantsimulaci, del mateix motor que la figura anterior obtingudes amb la segentrelaci tensi freqncia

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    104/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    105/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    106/124

    Mquina dinducci trifsica 106

    Aix aquest sistema sutilitza nicament amb petits motors dinducci de gbia especials(Nema D) amb els que es logra un major variaci de velocitat al variar la tensi. Perexemple ens podem trobar aquest sistema de variaci de velocitat en accionament deventiladors, en aquest cas la reducci de la tensi es limita a un o dos punts dunautotransformador.

    6.16 APLICACIONS DE LA MQUINA DINDUCCI TRIFSICA

    6.16.1 Aplicacions com a generador

    Generador dinducci acoblat a a la xarxa elctrica:

    s la forma habitual de funcionar com a generador. Recordem que la mquina

    dinducci com a generador per funcionar sense problemes destabilitat ha de funcionaracoblada a la xarxa, per tant el funcionament de la mquina dinducci treballant en illao sigui completament independent duna xarxa dalimentaci est molt restringit.

    Encara que la mquina dinducci sutilitza habitualment com a motor, en els ltimsanys en els que sha impulsat la utilitzaci de fons denergia no contaminants sha anatintroduint la utilitzaci de la mquina dinducci com a generador funcionant acoblat ala xarxa.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    107/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    108/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    109/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    110/124

    Mquina dinducci trifsica 110

    6.17 DADES TCNIQUES DE LA MQUINA DINDUCCI TRIFSICA

    Hem vist que la mquina dinducci trifsica sutilitza habitualment com a motor, peraix el fabricant subministra la mquina pensant que funcionar com a motor i per tantles dades de la placa de caracterstiques i dels catlegs tcnics sn dades de

    funcionament com motor.

    - Dades de la placa de caracterstiques per a motors industrials

    Dades habituals:

    - Marca

    - Tipus o model

    - Potncia nominalRecordem que s potncia mecnica mxima disponible de forma permanenten el eix.

    - Tensions nominals de lniaSn les dues tensions de lnia a les que pot funcionar.

    Aquestes dues tensions estan en relaci a 3 , per exemple 230/400.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    111/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    112/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    113/124

    Mquina dinducci trifsica 113

    6.18 ANNEX A: VARIADORS DE FREQNCIA

    VARIADORS DE FREQNCIA PER ACCIONAR MOTORS DINDUCCITRIFSICS

    Comentarem breument alguns aspectes delsvariadors de freqncia amb que es possiblealimentar els motors trifsics dinducci i aixaconseguir variaci de velocitat.

    La idea queda reflexada en la figura. Es tractadaparells que incorporen un sistemamicroprocessat i que tenen parmetres perconfigurar.

    Lesquema de blocs bsic seria el que es mostra

    en la segent figura:

    Londulador consisteix en un conjunt de 6 semiconductors (habitualment IGBT) quetreballa normalment segons la tcnica de Modulaci dAmplada dImpulsos (PWM).Amb aquesta tcnica saconsegueix que el valor mitj de les tensions trifsiquesevolucioni segons una forma dona sinusodal. Tamb tal com sha indicat anteriorment,

    a ms de variar la freqncia, es necessari modificar el valor efica daquesta tensiseguint una relaci tensi-freqncia aproximadament constant.

    Les segents figures mostren com s el senyal de tensi de sortida dun ondulador queutilitza la tcnica PWM:

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    114/124

    Mquina dinducci trifsica 114

    Variadors de freqncia per variar la velocitat i variadors de freqncia per regularla velocitat

    Revisem del tema 5 Mquina de corrent continu, apartat 5.13, en el que parlvem de

    la regulaci de velocitat de motors elctric rotatius: Diem:

    En el cas dels accionaments (conjunt de mquina motriu + mquina accionada) tenimmolts casos en els que es necessari modificar la velocitat. Hem de distingir per entre:- Variaci de velocitat- Regulaci de velocitat.

    Tenim variaci de velocitat quan de forma manual sactua sobre la mquina motriu.

    Tenim regulaci de velocitat si de forma automtica el propi sistema de regulaci apartir dun valor de velocitat desitjat (consigna de velocitat) i duna mesura de la

    velocitat real fa les actuacions convenients sobre la mquina motriu perquaproximadament la velocitat sigui en cada moment igual a la velocitat de consigna.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    115/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    116/124

    Mquina dinducci trifsica 116

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    117/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    118/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    119/124

    Mquina dinducci trifsica 119

    Influncia sobre la intensitat dengegada:

    El valor de la resistncia rotrica exterior influeix tamb sobre la intensitat destator enel moment de lengegada. Aix tenim que augmentant la resistncia rotrica disminueixla intensitat dengegada. En la figura tenim les corbes parell-velocitat i les corbes

    intensitat-velocitat per diversos valors de la resistncia rotrica.

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    120/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    121/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    122/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    123/124

  • 5/25/2018 TEMA 6 Maquina Induccio

    124/124