LA MÁQUINA ASÍNCRONA
1. OBJETIVO:
Estudio práctico de los bobinados polifásicos usados en motores asíncronos.
Influencia de la distribución de bobinas y análisis del contenido de armónicos que genera un motor.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO:
2.1 Campo Electromagnético Estático
Definición: Es un campo electromagnético invariable en el espacio y constante en el tiempo, si se
considera solo el armónico fundamental (=1), entonces el campo debe estar distribuido en el espacio
cosenoidalmente.
Origen: Se obtiene alimentando con corriente continua a un devanado monofásico ubicado en el
estator o en el rotor sin movimiento ( mr 0 )
ω
=
r
s
1
1

if


if

 
B sf  s   B sf max
B
B
s
f max
Nefs


o
g
f
s
N sfase Kdev


K p  sen p 2
s
 N efs

 
g   p
o
s
f max

y

2
FIEE - UNI EE242N
4
N sfaseK ps Kds
r
f

r

 i sf


 B
r
f max
p 
s 
2 
cos



cos p
r 

2
B
r
f max
Nefr


o
g
f
r
f max
r
N rfaseK dev


K pr  sen p 2
 N efr

 
g   p
o

4
 r
 if


N rfase K pr K dr
y
2


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LA MÁQUINA ASÍNCRONA


sen q p 2
K ds 


qsen p 2


2
 

2



sen q p 2
K dr 


qsen p 2


2
 

2

2.2 Campo Electromagnético Pulsante
Eselunarmónico
campo electromagnético
invariable
el espacio
variable
en el tiempo,
si se
Definición:
considera
solo
fundamental (=1),
entonces en
el campo
debeyestar
distribuido
en el espacio
cosenoidalmente.
Origen: Se obtiene alimentando con corriente alterna a un devanado monofásico ubicado en el estator.
s
ia
s
a
B
 s , t  
o
g

2 I cos( t )

s

 2 I cos t  cos p  s 



2 
 p 
4  N ef

p 
s 
2 
Bas  s , t   Bas max cos t  cos
Descomponiendo según: cos  cos 

1
2
cos(

) 
1
2
cos(

 ) se obtienen dos campos
giratorios de igual magnitud y en sentidos opuestos, secuencia
secuencia negativa (
positiva (
p
2
s
p
2
s
 t
) y secuencia
 t ).
p
 B
p

cos  s   t   a max cos  s   t 
2
2
2

2

s
s
B
s
 s , t  
Ba max
B


3
2
s
2
FIEE - UNI EE242N
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LA MÁQUINA ASÍNCRONA
2.3. Campo Electromagnético Giratorio
Definición: Es un campo electromagnético variable (móvil o giratorio) en el espacio y variable en el
tiempo, si se considera solo el armónico fundamental (=1), entonces el campo debe estar distribuido
en el espacio cosenoidalmen
cosenoidalmente.
te.
Origen:
1.
Se obtiene( 
alimentando
con corriente continua a un devanado monofásico ubicado en el rotor con
movimiento
 0 ).
r
m
r
s
r
1
r
  m t
s
1
r
m

0

if

B rf  r   B rf max cos p  r 
2 
 Estático respecto al rotor
p r 
p
r 
mt   Giratorio respecto al estator
2
2

B rf  s , t   B rf max cos
2. Alimentando con corriente
corriente alterna bifásica un devana
devanado
do bifásico simétrico, ubicado en
en el estator.
s
ia
s
ib


2 I cos t
2 I cos

t


2


2
B s  s , t  
B
s
4  Nef 
p

 2 I cos  s   st 
2 g  p 
2

m
0
 s , t  
m
2
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s
p
Bmax cos
2
s 
s

t

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LA MÁQUINA ASÍNCRONA
3. Alimentando con corrientes alternas trifásicas simétricas a un devanado trifásico simétrico,
ubicado en el estator o rotor con o sin movimiento.
s
ia

2 I cos 
s
ib
2 I cos

s
ic
B
s
m
 s , t  
3
p
s
2
Bmax cos
s
2 I cos  t



s
t

t

2
3
4
3




t
B
v
3


 s
2
2
v

m
B  s , t  
s
2
 Dn
r

30 D m
p

 s   st 
2

Bmax cos
s
El campo para cualquier armónico  será:
Bs ( s , t ) 
m
0
2 g
4  N ef 

B  s , t  
s
m
2
 p
s
2

Bmax  cos
s
m  3    6k  1
m  2    4k  1
FIEE - UNI EE242N
1
 2 I cos(


p


k

p
2 s

s

s
t)


t
0,1, 2, 3 ,
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LA MÁQUINA ASÍNCRONA
TIPOS DE DEVANADOS
1. Devanado Concentrado (Tipo transformado
transformador).r).- que puede estar ubicado en el rotor o en el estator.
tc
bc
g
gmx
Inductor
Nefs

s
N sfaseKdev

N sfaseK ps Kds

K ps 1, Kds
1


1
Aplicación Del Devanado Concentrado: Se utilizan en el sistema de excitación de las máquinas
síncronas (rotor o estator), en los estatores (armadura)
(armadura) de las máquinas de corrien
corriente
te continua y las
máquinas motores monofásicos de corriente alterna.
2. Devanado Distribuido.- Tipo imbricado y ondulado.
Nb1
Nb2
Nb3
y
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11
12
13
TIPO IMBRICADO
CONEXIÓN POR GRUPOS (p=2)
q
q
R, U, A
X
q
q
S, V, B
Y
q
T, W, C
FIEE - UNI EE242N
q
Z
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Aplicación del devanado imbricado: Son utilizados en el estator y el rotor de las máquinas de
corriente alterna (síncrona y asíncrona), en la armadura de la máquina de corriente continua.
Número de espiras
espiras por bobina.
N b1
=
Nb 2
N b3
=
=
Nb
Número de espiras
espiras por fase. N sfase Nbs pq
=
Número de ranuras
ranuras por polo y fa
fase
se
q pm
Z
mp

Número de bobinas
bobinas por polo y fa
fase
se
q
Z
=
mp
Z
q
=
2
mp
Para bobinas de doble capa y p grupos de bbobina
obina
Para bobina de capa simple y p grupos de bobinas
3. Devanado Concéntrico.-
Nb1
Nb2
Nb3
y1
y2
y3
1
2
3
4
Kd=1, K pi
Si:
N b1

Nb 2

Nb3

...  N bi ,

5
sen( p 2
6
yi
2
7
)
entonces el número de espiras efectivas se calcula de la siguiente
iq
manera
 Nbi K pi

N ef  N fase K p  p
i 1
i q
,
K pi

sen( p 2
 Nbi
yi
2
).
i 1
Para cualquier armónico  , K pi


sen(
yi
p
2
)
2
FIEE - UNI EE242N
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Aplicación del devanado Concéntrico
Concéntrico:: Estos devanados son utilizados en el estator de los motores
monofásicos ( N  N  N  ...  N ) y trifásicos ( N b1 N b 2 N b3 N b ) de corriente alterna; en
el circuito de excitación del generador síncrono de rotor cilíndrico (centrales térmicas).
b1
b2
b3
bi
=
=
=
Motor Westinghouse
El motor asíncrono que se utiliza para realizar las conexiones tiene un bobinado trifásico tipo
imbricado
de doble
capa,
porparte
lo tanto
48 bobinas
distribuidas
ranuras
(un lado decaso
bobina
parte
inferior
y el otro
en la
en
superior),
eell paso
de bobinaen
es 48
única
para
para cualquier
y = 1en– lla
8a
(7 ranuras de distancia entre los lados superior e inferior).
Cada bobina tiene un número en un extremo y el mismo número aumentado en cien en el otro (lo
cual equivale también al mismo número con 1-1’, 2-2’…), lo que significa que los bornes de la
primera bobina son
son 1-101, como se muestra eenn la siguiente figura:
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LA MÁQUINA ASÍNCRONA
3. EQUIPO A UTILIZAR:
-
Motor Westinghouse (WESCO): “Alternating Current Motor for Winding
1 Amperímetro de pinza
1 Multímetro
1 Analizador de armónicos multifunción, Fluke 39
1 Tacómetro o estroboscopio
Extensión trifásica
Una llave cuchilla o un interruptor termo magnético 3ϕ 380/220
Cables de conexión
4. PROCEDIMIENTO:
1º CASO:
Formar usando todas las bobinas disponibles, un
arrollamiento trifásico simétrico de 2 polos.
Conectar en serie todas las bobinas de una misma
mis ma fase.
Aplicar 220V en conexion estrella.
1.Arrancando el motor en forma directa, medir y anotar en
un cuadro tabulado: la velocidad de vacío, la corriente de
vacío, la corriente de arranque, sentido de giro del motor y
el tiempo de arranque.
2. Analizar el contenido de armónicos de tensión (V) y
corriente (I) hasta el armónico v=9, asi como la distorsión
armónica total (THD) de ambos, durante la operación del
motor en vacío.
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LA MÁQUINA ASÍNCRONA
2º CASO:
Duplicar el número de polos (de 2 a 4) del
motor (conexión de polos consecuentes
consecuentes).
).
Repetir los puntos 1 y 2 del primer
caso
3º CASO:
Formar usando todas las bobinas disponibles, un
arrollamiento trifásico de 4 polos(conexión por
polos) balanceados completamente.
Conectar en serie todas las bobinas de una
misma fase. Aplicar 220V en conexión estrella.
Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.
4º CASO:
Conectar el arrollamiento de 4 polos en conexión doble estrella y
aplicar una tensión de tal manera que se mantenga 
constante, respecto
respecto a la conexión en estrella simple.
Repetir los puntos 1 y 2 del
d el primer caso.
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LA MÁQUINA ASÍNCRONA
5. TABLA DE DATOS:
Formato de Cuadros
1er caso:
VELOCIDAD
DE VACIO
CORRIENTE
DEL VACIO
SENTIDO DE
CORRIENTE
DE
ARRANQUE
TENSIÒN (V)
GIRO
DEL
MOTOR
TIEMPO DE
ARRANQUE
CORRIENTE (I)
2do caso:
VELOCIDAD
DE VACIO
CORRIENTE
DEL VACIO
CORRIENTE DE
ARRANQUE
TENSIÒN (V)
FIEE - UNI EE242N
SENTIDO DE
GIRO DEL
MOTOR
TIEMPO DE
ARRANQUE
CORRIENTE (I)
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3er caso:
VELOCIDAD
DE VACIO
CORRIENTE
DEL VACIO
CORRIENTE DE
ARRANQUE
TENSIÒN (V)
SENTIDO DE
GIRO DEL
MOTOR
TIEMPO DE
ARRANQUE
CORRIENTE (I)
4to caso:
VELOCIDAD
DE VACIO
CORRIENTE
DEL VACIO
CORRIENTE DE
ARRANQUE
TENSIÒN (V)
FIEE - UNI EE242N
SENTIDO DE
GIRO DEL
MOTOR
TIEMPO DE
ARRANQUE
CORRIENTE (I)
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