Motor de inducción de jaula de ardilla: Principio de funcionamiento y aplicaciones

¿Qué es el motor de inducción de la jaula de ardilla

A Motor de inducción trifásico de jaula de ardilla es un tipo de motor de inducción trifásico que funciona basado en el principio de electromagnetismo. Se llama motor jaula de ardilla porque el rotor que lleva dentro, conocido como rotor jaula de ardilla, se parece a una jaula de ardilla.

Este rotor es un cilindro de láminas de acero, con metal altamente conductor (típicamente aluminio o cobre) incrustado en su superficie. Cuando un corriente alterna se ejecuta a través de los bobinados del estator, un el campo magnético rotativo se produce.

Esto induce una corriente en el bobinado del rotor, que produce su propio campo magnético. La interacción de los campos magnéticos producidos por los bobinados del estator y del rotor produce un par en el rotor de jaula de ardilla.

Una gran ventaja del motor de jaula de ardilla es la facilidad con la que se pueden cambiar sus características de velocidad y par. Esto se puede hacer simplemente ajustando la forma de las barras del rotor. Los motores de inducción de jaula de ardilla se usan mucho en la industria ya que son confiables, auto-arrancables y fáciles de ajustar.

Principio de funcionamiento del motor de inducción de la jaula de ardilla

Cuando se le da un suministro trifásico al bobinado del estator, se establece una rotación campo magnético en el espacio. Este el campo magnético rotativo tiene una velocidad que se conoce como la velocidad sincrónica.

Este campo magnético giratorio induce a la voltaje en las barras del rotor y por lo tanto el cortocircuito corrientes empiezan a fluir en las barras del rotor. Estas corrientes del rotor generan su campo auto-magnético que interactuará con el campo del estator. Ahora el campo del rotor tratará de oponerse a su causa, y por lo tanto el rotor comienza a seguir la rotación campo magnético.

En el momento en que el rotor atrapa el campo magnético rotativo, la corriente del rotor cae a cero, ya que no hay más movimiento relativo entre el campo magnético rotativo y el rotor. Por lo tanto, en ese momento el rotor experimenta una fuerza tangencial nula, por lo que el rotor desacelera por el momento.

Después de la desaceleración del rotor, el movimiento relativo entre el rotor y el campo magnético rotativo restablece, por lo tanto, la corriente del rotor es inducida de nuevo. Así pues, de nuevo, la fuerza tangencial para la rotación del rotor se restablece, y por lo tanto de nuevo el rotor comienza a seguir el campo magnético rotativo, y de esta manera, el rotor mantiene una velocidad constante que es justo menor que la velocidad del campo magnético rotativo o la velocidad sincrónica.

El deslizamiento es una medida de la diferencia entre la velocidad del campo magnético giratorio y la velocidad del rotor. La frecuencia de la corriente del rotor = frecuencia de suministro del deslizamiento

Construcción de motores de inducción de jaula de ardilla

Un motor de inducción de jaula de ardilla consta de las siguientes partes:

• Estator
• Rotor
• Fan
• Rodamientos

Estator

Consiste en una bobina trifásica con un núcleo y una carcasa metálica. Los devanados están colocados de tal manera que son eléctrica y mecánicamente 120o aparte de en el espacio. El bobinado está montado en el núcleo de hierro laminado para proporcionar un camino de baja resistencia para el flujo generado por las corrientes de CA.

Rotor

Es la parte del motor que estará en una rotación para dar salida mecánica para una cantidad dada de energía eléctrica. La potencia nominal del motor se menciona en la placa de identificación en caballos de fuerza. Consiste en un eje, barras de cobre/aluminio en cortocircuito y un núcleo.

El núcleo del rotor está laminado para evitar la pérdida de potencia de corrientes de remolino e histéresis. Conductores están sesgados para evitar el engranaje durante la operación de arranque y da una mejor relación de transformación entre el estator y el rotor.

Fan

Un ventilador está conectado a la parte trasera del rotor para proporcionar intercambio de calor, y por lo tanto mantiene la temperatura del motor bajo un límite.

Rodamientos

Los cojinetes se proporcionan como base para el movimiento del rotor, y los cojinetes mantienen la suave rotación del motor.

Aplicación del motor de inducción de jaula de ardilla

Los motores de inducción de jaula de ardilla se utilizan comúnmente en muchas aplicaciones industriales. Son particularmente adecuados para aplicaciones en las que el motor debe mantener una velocidad constante, ser auto-arrancable o se desea un bajo mantenimiento.

Estos motores se usan comúnmente en:

• Bombas centrífugas
• Accionamientos industriales (por ejemplo, para hacer funcionar las cintas transportadoras)
• Grandes sopladores y ventiladores
• Herramientas mecánicas
• Tornos y otros equipos de torneado

Ventajas del motor de inducción de jaula de ardilla

Algunas ventajas de los motores de inducción de jaula de ardilla son:

• Son de bajo costo
• Requiere menos mantenimiento (ya que no hay anillos colectores o cepillos)
• Buena regulación de la velocidad (son capaces de mantener una velocidad constante)
• Alta eficiencia en la conversión de la energía eléctrica en energía mecánica (en funcionamiento, no durante el arranque)
• Tener una mejor regulación del calor (es decir, no se calienta tanto)
• Pequeño y ligero
• A prueba de explosiones (ya que no hay cepillos que eliminen los riesgos de chispas)

Desventajas del motor de inducción de la jaula de ardilla

Aunque los motores de jaula de ardilla son muy populares y tienen muchas ventajas, también tienen algunos inconvenientes. Algunas desventajas de los motores de inducción de jaula de ardilla son:

• Un control de velocidad muy pobre
• Aunque son eficientes en cuanto a la energía mientras funcionan a completo corriente de carga, consumen mucha energía en el arranque
• Son más sensibles a las fluctuaciones del voltaje de suministro. Cuando el voltaje de suministro se reduce, el motor de inducción consume más corriente. Durante las subidas de tensión, el aumento de la tensión satura los componentes magnéticos del motor de inducción de jaula de ardilla
• Tienen una corriente de arranque alta y un par de arranque bajo (la corriente de arranque puede ser de 5 a 9 veces la corriente de carga completa; el par de arranque puede ser de 1,5 a 2 veces el par de carga completa)

Diferencia entre la jaula de ardilla y el motor de inducción de anillo colector

Aunque los motores de inducción de anillos colectores (también conocidos como motores de rotor bobinado) no son tan populares como los motores de inducción de jaula de ardilla, tienen algunas ventajas.

A continuación se muestra una tabla comparativa de motores tipo jaula de ardilla contra rotor bobinado:

Clasificación del motor de inducción de la jaula de ardilla

La NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) en Estados Unidos y la IEC en Europa han clasificado el diseño de los motores de inducción de jaula de ardilla en función de sus características de velocidad y par en algunas clases. Estas clases son: Clase A, Clase B, Clase C, Clase D, Clase E y Clase F.

Diseño de clase A

1. Un par de arranque normal.
2. Una corriente de arranque normal.
3. Un deslizamiento bajo.
4. En esta clase, el par de arranque es siempre del 200 al 300 por ciento del par de carga completa y se produce en un deslizamiento bajo (es menos del 20 por ciento).
5. Para esta clase, el par de arranque es igual al par nominal para los motores más grandes y es alrededor del 200 por ciento o más del par nominal para los motores más pequeños.

Diseño de clase B

1. Par de arranque normal,
2. Baja la corriente de arranque,
3. Un deslizamiento bajo.
4. Motor de inducción de esta clase produce aproximadamente el mismo par de arranque que el motor de inducción de clase A.
5. El par de extracción siempre es mayor o igual al 200 por ciento del par de carga nominal. Pero es menor que el del diseño de clase A porque ha aumentado la reactancia del rotor.
6. Una vez más el deslizamiento del rotor sigue siendo relativamente bajo (menos del 5%) a plena carga.
7. Las aplicaciones del diseño de la clase B son similares a las del diseño A. Pero se prefiere el diseño B por sus menores requerimientos de corriente de arranque.

Diseño Clase C

1. Alto par de arranque.
2. Corrientes de arranque bajas.
3. Bajo deslizamiento a plena carga (menos del 5 %).
4. Hasta el 250 por ciento del par de carga completa, el par de arranque está en esta clase de diseño.
5. El par de extracción es inferior al de los motores de inducción de clase A.
6. En este diseño los motores están construidos con rotores de doble jaula. Son más caros que motores de las clases A y B.
7. Los diseños de clase C se utilizan para cargas de alto par de arranque (bombas, compresores y transportadores cargados).

Diseño de la clase D

1. En este diseño de clase los motores tienen un par de arranque muy alto (275 por ciento o más del par nominal).
2. Una corriente de arranque baja.
3. Un deslizamiento alto a plena carga.
4. De nuevo en esta clase de diseño la alta resistencia del rotor desplaza el par máximo a una velocidad muy baja.
5. Incluso es posible a velocidad cero (100 por ciento de deslizamiento) que se produzca el mayor par en esta clase de diseño.
6. El deslizamiento a plena carga (es típicamente del 7 al 11 por ciento, pero puede llegar hasta el 17 por ciento o más) en esta clase de diseño es bastante alto debido a la alta resistencia del rotor siempre.

Diseño de la Clase E

1. Par de arranque muy bajo.
2. Corriente de inicio normal.
3. Deslizamiento bajo.
4. Compensador o resistencia se utilizan para controlar la corriente de arranque.

Diseño Clase F

1. Par de arranque bajo, 1,25 veces el par a plena carga cuando está lleno voltaje se aplica.
2. Corriente de arranque baja.
3. Deslizamiento normal.