Proyecto Investigacion SFigueroa

7/21/2019 Proyecto Investigacion SFigueroa

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UNIVERSIDAD POLITECNICASALESIANA

INGENIERIA ELECTRONICA

MAQUINAS ELECTRICAS II

TRABAJO DE INVESTIGACION

TEMAS:

MOTORES CC SIN ESCOBILLASELECTRONICAMENTE CONMUTADOS MOTORES SNCRONOS DE ROTOR DE

MAGNETIZACIN PERMANENTE (LSPM) EL MOTOR DE RELUCTANCIA CONMUTADO NORMA IEC PARA MOTORES DE INDUCCION NORMA NEMA PARA MOTORES

Nombre: Sebastian FigueroaNivel: 6to G1


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INDICE:

1.Motores CC sin escobillas electrnicamente conmutados

Pg. 1

2.Motores sncronos de rotor de magnetizacin permanente

(LSPM)Pg. 5

3.El motor de reluctancia conmutado

Pg. 6

4.

Norma IEC para motores de induccin

Pg. 9

5.Norma NEMA para motores

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MAQUINAS ELECTRICAS II

1.- MOTORES CC SIN ESCOBILLAS ELECTRONICAMENTECONMUTADOS [1]

Configuracin bsica

Los circuitos controladores de los motores BDLC tienen sus bobinas en el estator, no en el rotorcomo los DC con escobillas. El conmutador mecnico/sistema de escobillas es sustituido por unconmutador electrnicoel circuito de movimiento BLDC.

Los interruptores del circuito de movimiento DC proveen voltaje a las bobinas del motor. Lamayora de los motores BLDC tienen 3 bobinas conectadas en conexin estrella.

El punto principal est conectado slo internamente, por lo tanto, hay slo 3 cables al exterior.Al aplicar modulacin de amplitud de pulso (PAM) el circuito de movimiento puede cambiar elvoltaje medio al motor para controlar la velocidad.

Los imanes permanentes se encuentran en el rotor.

3 sensores Hall, incrustados en el estator, miden la posicin angular del rotor. Cada vez que lospolos magnticos del rotor pasan cerca de los sensores Hall, le dan una seal alta o baja, paraindicar que el polo N o el S est pasando.

Estas seales le permiten al circuito de movimiento encontrar el momento ptimo deconmutacin de las 3 bobinas.

Figura 1.1Esquema de motor EC

Versiones de interfaz

Hay varias versiones de interfaces disponibles para motores BLDC:


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BLDC con sensores HallCircuito de movimiento externo8 conexiones a polos3 fases de encendido3 seales de sensor Hall

VCC para sensores HallGND para sensores Hall

Figura 1.2Esquema de motor BLDC con sensoresBLDC sin sensoresCircuito de movimiento externo3 conexiones a polos3 fases de encendidoComnmente utilizada paraventiladores/sopladores

Figura 1.3Esquema de motor BLDC sin sensoresBLDC con o sin sensores Hall

Circuito de movimiento integrado3 conexiones a polosSeal de velocidad y direccin(voltaje anlogo, corriente o seal de bus)VCC sensores de movimiento y sensores HallGND sensores de movimiento y sensores Hall

Figura 1.4Esquema de motor BLDC con o sin sensorTabla 1.1Versiones de interfaz de motores BLDC

Para aplicaciones de velocidad y direccin constante, slo se necesitan 2 conexiones a polos (VCCy GND).

Motores BLDC versus motores DC con escobillas

DC con escobillas

Rotor Bobinas del rotor y conmutador

Figura 1.5Motor con escobillas

Estator Con imanes y cepillos permanentes

Voltaje del motor Voltaje DC a 2 cables

Tabla 1.2Motor DC con escobillas


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BLDC

Rotor Imanes permanentes

Figura 1.6Motor BLDC

Estator Bobinas del, Sensores Hall

Motor

voltaje

Voltaje PWM DC para el sistema de circuitos demovimiento , 3 fases

Tabla 1.3Motor BLDC

Notas de la aplicacin

Sin escobillas

Sin desgaste de escobillasSin centelleosNinguna superficie decontacto

Ofrece una larga vida til (slo vida til)Poco ruidoBajo electromagnetismo. Interferencia EMIGran fiabilidadMenos sensitivo a la contaminacin delambienteAlta velocidad posible

Imanes en el rotorMenor inercia del rotor quelos motores DC

Mayor aceleracin Altamente dinmica

Bobinas en el estator

obinas en contacto con elalojamiento - Buenatransferencia de la

temperatura

Alto porcentaje de potencia/tamao

Sin conmutacin Rotor ms corto 20...30% Alto porcentaje de potencia/tamao

Sistema de circuitos

de movimiento

Sensores Hall

Costos adicionales

Costos adicionales Costos totales mayoresque los motores DC con escobillasExcepcin:Para el control de la velocidad DC conescobillas tambin necesitan sistema decircuitos de movimiento + posibles sensores

Tabla 1.4Resumen de aplicacin de motores BLDC


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Curva de desempeo

La curva de desempeo (PC) es bsicamente la misma que la de los motores DC con escobillas.Ninguna velocidad de carga es especificada tambin de +-10% en la tolerancia de fabricacin.

Figura 1.7Curva de desempeo

El punto potencial de operacin (fuerza de torsin evaluada) usualmente se define por un ciclo deoperacin continuo. Un ciclo de operacin de menor esfuerzo permite mayores cargas de fuerzade torsin (sobrecarga).

La sobrecarga est restringida no slo por el aumento de la temperatura de las bobinas, sino

tambin por la corriente que limita el circuito de movimiento.Un disipador trmico (de brida metlica para soporte de metal o caja de engranajes) aumenta lacapacidad de carga de la bobina, pero no de la electrnica de dispositivo.

Otras ventajas de BLDC

Hay muchas otras ventajas de los motores BLDC frente al motor de polo protegido:

Alta capacidad de carga (depende de la capacidad actual del suministro de voltaje)

Prdidas menores menor generacin de calor (importante dentro de dispositivosencapsulados)

Posible operacin de control de velocidad cerradavelocidad constante

Operacin bidireccional posible

Desventajas de los BLDC

Mayores costos de BOM (que incluyen la electrnica a bordo)

El suministro de potencia DC debe agregarse (si ya no existe)

Suministro de voltaje DC - una solucin inteligente

Los motores BLDC necesitan un suministro DC de bajo voltaje.


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Una solucin inteligente son los convertidores elctricos AC/DC, en lugar de unidades detransformador/rectificador/capacitores. El precio total es aproximadamente el mismo.

Los convertidores AC/DC aceptan una amplia gama de niveles de voltaje de entrada de AC.

Como resultado, la unidad puede tener un diseo universal para aplicaciones en muchos pases.

Ejemplo: Convertidores elctricos AC/DC Potencia nominal 24Vdc/500mA = 12W

Versin con cubierta y sin cubierta (slo PCB)

Costos alrededor de EUR 4,80 (versin sin cubierta)

Prueba de cortocircuitos de tiempo ilimitado

Tensin de entrada 60 260Vac

Bajas prdidas trmicasslo 0.5W

Voltaje constante de 24Vdc con capacidad para ms de 500mA

2.- MOTORES SNCRONOS DE ROTOR DE MAGNETIZACINPERMANENTE (LSPM) [2]

Se ha desarrollado otro innovador producto para los motores. Se trata de la exclusiva tecnologaLSPM para motores de bombas: motores sncronos de rotor de magnetizacin permanente. Unmotor de alta eficiencia energtica sostenida Premium que se puede arrancar con todos losmtodos comunes.

La tecnologa de motor sncrono de rotor de magnetizacin permanente se lleva utilizando en losagitadores compactos desde 2008, por lo que ya se cuenta con amplia experiencia en su uso. Unaexperiencia que nos ha permitido crear un motor con rangos de potencia entre 1,3 kW y 15 kW(2,2 CV y 23 CV) y con una eficiencia de un 4% superior al valor nominal de eficiencia superior

impuesto por las normativas europeas y el estndar de la NEMA.

Los motores LSPM se han diseado para consumir menos corriente que la indicada en la placa decaractersticas, a travs de fusibles y cables ms pequeos. Esto facilita la adaptacin de la bombaa su cuadro elctrico instalado.

Ventajas de los motores LSPM

Fcil adaptacin a Estaciones de bombeo ya instaladas

Con una eficiencia energtica sostenida Premium que supera en un 4% al valor nominal de

eficiencia IE3 Los niveles IE3 son superados en un 4%

Alta eficiencia sostenida cuando est en marcha a bajas velocidades para minimizar elconsumo energtico

Idnticas caractersticas de tamao, peso e instalacin que las versiones estndar


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3.- EL MOTOR DE RELUCTANCIA CONMUTADO [3]Un motor elctrico con gran par motor y poco volumen

Funcionamiento

El principio de funcionamiento del motor de reluctancia conmutado, que en muchas publicacionesde habla inglesa aparece bajo el nombre de Switched-Reluctance-Motor, es fcilmenteimaginable: Un eje de hierro que puede girar apoyado sobre unos rodamientos, o tambin losdientes de un rotor de hierro, se orientan en un campo magntico producido gracias a unacorriente elctrica en los polos del estator. Mediante una determinada conmutacin del campomagntico se conseguir un movimiento rotatorio del ncleo de hierro. En el caso de que esterotor posea mas dientes, se puede comparar su forma a la de una rueda dentada de gran espesor.El concepto Reluctanciase corresponde con la resistencia magntica, la cual opone dicho rotoral campo electromagntico. La generacin y posterior conmutacin del campo magntico serealiza en los bobinados de los polos de la parte fija de la mquina, a travs de la electrnica depotencia conectada al motor. Con la electrnica de potencia, mediante la cual nos referimos al

convertidor de corriente asi como al convertidor de frecuencia, se pueden influir de la maneradeseada tanto en las revoluciones como en el par de giro del motor.

Los motores de reluctancia conmutados permiten ser realizados desde los accionamientos mspequeos hasta los grandes motores.

Figura 3.1Corte transversal de un motor de reluctancia conmutado

Pequeo momento de inercia. Gran respuesta dinmica

El motor de reluctancia conmutado posee un momento de inercia muy pequeo, debido a laausencia de masa en los huecos entre los dientes del rotor. El rotor est compuesto nicamentepor el eje y el conjunto de chapas. No posee ni bobinados ni imn permanente alguno. La tabla 1muestra la comparacin entre los momentos de inercia de un motor asncrono normal, un motortrifsico asncrono optimizado para requerimientos dinmicos muy fuertes y el motor dereluctancia conmutado. ste ltimo aventaja claramente a sus competidores. En cuanto a los


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Figura 3.2Mximo par motor

El rendimiento del motor de reluctancia ronda en rgimen de vueltas nominal el valor habitualpara motores trifsicos de esa clase de potencia. Sin embargo, el rendimiento para bajasrevoluciones cae suavemente. Para un par de carga nominal y a un rgimen de 300 r.p.m seencuentra por encima del 80%, y asciende gradualmente hasta cerca del 90% a la velocidadnominal. Aqu reside otra de las ventajas de este motor.

La regulacin de la velocidad del motor de reluctancia conmutado ha sido desarrollada siguiendouna tcnica habitual en el campo de la traccin elctrica, y optimizada para la eliminacin deperturbaciones en la velocidad. Un regulador asegura que para un salto nominal en el nmero derevoluciones, apenas aparecern sobreoscilaciones en el valor real de las revoluciones. En la figura3.3 est representado el comportamiento del motor durante la aceleracin hasta la velocidad

nominal. El motor es acelerado en este caso mediante un par motor con un valor aprox. de 170Nm. La inercia de la mquina de trabajo empleada en esta medicin es cinco veces superior a ladel motor de reluctancia. De aqu resulta un tiempo de aceleracin que asciende a 630 ms.

Figura 3.3Comportamiento de aceleracin y velocidad


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Ante la prdidas de una o ms fases, el motor de reluctancia conmutado se comporta de formamuy segura. En caso de producirse semejante incidente, el motor contina en funcionamiento aunsometido a un par de carga, pudiendo ser todava frenado o acelerado. De todos modos aparecenpares y oscilaciones medibles del nmero de revoluciones que pueden provocar que el arranquedel motor no est asegurado. Aun as, en determinados tipos de aplicaciones se permite llevar a

nuestra mquina o proceso de trabajo hasta un estado que no revista peligro.

4.-NORMA IEC 60034-2-1 PARA MOTORES [4]

La norma IEC 60034-2-1 es una gua para determinar tanto las prdidas como el rendimiento en

mquinas elctricas rotativas exceptuando aquellas mquinas destinadas a la traccin de vehculos

tal y como su ttulo explica. El objetivo de esta norma es establecer mtodos para determinar el

rendimiento y las prdidas en mquinas de CC, mquinas sncronas y maquinas de induccin.

Esta norma ha surgido debido a una necesidad de unificar criterios a la hora de determinar el

rendimiento en mquinas, ya que existen diversas normativas con las que los fabricantes demotores pueden realizar sus ensayos y as poder determinar el rendimiento de las mquinas.

Esta norma viene a sustituir a la IEC 60034-2 (1972), as como su correccin 1 (1995) y su

correccin 2 (1996). Ha sido elaborada por el comit tcnico 2 (TC) del IEC (International

Electrotechnical Commission). IEC es la organizacin lder a nivel mundial en la elaboracin y

publicacin de normas internacionales en el campo de las tecnologas elctricas, electrnicas y

similares.

Situacin de la norma

La IEC 60034-2-1 entro en funcionamiento en septiembre de 2007 substituyendo a la IEC 60034-2(1996), y que tambin ha sido ratificada ya como EN 60034-2-1 en el nivel CENELEC (Comit

Europeo de Normalizacin Electrotcnica).

La IEC 60034-2-1 es una normativa de aplicacin internacional, aunque existen otros estndares

para la determinacin del rendimiento en mquinas. Uno de estos estndares es la IEEE 112 as

como tambin la IEC 61972.

Esta norma ha surgido debido a la gran diferencia en los resultados obtenidos en el rendimiento

dependiendo de la norma utilizada, la gran variacin en la norma viene dada a la hora de obtener

las prdidas adicionales, mientras que su predecesora estimaba las prdidas adicionales en un

0,5% de la potencia nominal absorbida la IEC 60034-2-1 introduce diversos mtodos para calcular

estas prdidas.

As pues los fabricantes de motores pueden elegir que norma o mtodos emplean para determinar

el rendimiento de los motores, pero siempre la documentacin del motor debe indicar que

mtodo fue utilizado.


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La medicin indirecta fue ampliamente utilizada por los fabricantes bajo el antiguo estndar. Sin

embargo, las reglas relativas a la estimacin de las prdidas adicionales en el mtodo de medicin

indirecta se han hecho mucho ms estrictas en el marco de la nueva norma.

Prdidas adicionales

La IEC 60034-2-1 ofrece diferentes mtodos de obtencin de las prdidas adicionales:

A partir de las prdidas residuales.

Asignacin de prdidas.

Ensayo Eh star.

A partir del estudio que hemos realizado hemos elaborado protocolos de actuacin para la

aplicacin de cada mtodo.

A partir de las prdidas residuales: Con el ensayo en vaco y el ensayo en carga podemos

determinar las prdidas adicionales a partir de las prdidas residuales.

A partir de las prdidas residuales y el valor del par al cuadrado elaboramos la siguiente recta.

Figura 4.1PLr vs Par2

Consideraciones

Para poder realizar los ensayos correctamente la norma exige que se tengan en cuenta una serie

de consideraciones:

El nivel de armnicos de tensin ha de ser inferior al 10%.

La frecuencia no ha de tener un error superior al 0,1%.

La asimetra de las tensiones no puede exceder del 0,5%.

La medida del par no puede tener un error superior al 0,2%.

La medida de la velocidad no puede tener un error superior a 1rpm.

Los equipos de medida de la resistencia no podrn tener un error superior a 1C.


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Los equipos empleados en las mediciones elctricas no podrn tener un error superior aun 0,2%.

Durante los ensayos no se pueden producir variaciones en la frecuencia superiores al0,3%.

La temperatura de la mquina ha de estar a 5K de la temperatura especfica de la

maquina cuando esta trabajando en condiciones nominales de de carga.

5.-NORMA NEMA PARA MOTORES [5]

Clasificacin de motores segn la norma NEMA

Segn las normas NEMA los motores se pueden clasificar de la siguiente manera:

Segn el esfuerzo que va a realizar el motor.

Motor de diseo NEMA A

Torque alto, deslizamiento nominal bajo y corriente de arranque alta. Es un motor de

induccin con rotor tipo jaula de ardilla, diseado con caractersticas de torque y corriente

de arranque que exceden los valores correspondientes al diseo NEMA B, son usados para

aplicaciones especiales donde se requiere un torque mximo mayor que el normal, para

satisfacer los requerimientos de sobrecargas de corta duracin. Estos motores tambin

son aplicados a cargas que requieren deslizamientos nominales muy bajos y del orden del

1% o menos (velocidades casi constantes).

Motor de diseo NEMA B

Torque normal, corriente de arranque normal y deslizamiento nominal normal. Son

motores con rotor tipo jaula de ardilla diseados con caractersticas de torque y corriente

de arranque normales, as como un bajo deslizamiento de carga de aproximadamente 4%

como mximo. En general es el motor tpico dentro del rango de 1 a 125 HP. El

deslizamiento a plena carga es de aproximadamente 3%. Este tipo de motor proporcionar

un arranque y una aceleracin suave para la mayora de las cargas y tambin puede resistir

temporalmente picos elevados de carga sin detenerse.

Motor de diseo NEMA C

Torque alto, deslizamiento nominal normal, corriente de arranque normal. Son motoresde induccin con rotor de doble jaula de ardilla, que desarrollan un alto torque de

arranque y por ello son utilizados para cargas de arranque pesado. Estos motores tienen

un deslizamiento nominal menor que el 5%.


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Motor de diseo NEMA D

Torque alto, alto deslizamiento nominal, baja corriente de arranque. Este motor combina

un alto torque de arranque con un alto deslizamiento nominal En la siguiente tabla se

puede apreciar una mejor descripcin de los diferentes diseos NEMA y otros diseos

adicionales.

Las curvas caractersticas de torque velocidad de los diferentes diseos son.

Figura 5.1Las curvas caractersticas de torque velocidad

Tabla 5.1Tabla de diseo segn norma NEMA


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Diseos tipo NEMA caractersticas y aplicaciones

Aislamiento trmico

Respecto al aislamiento trmico las clases definidas para la temperatura de operacin mxima

permitida para un motor en operacin segura y continua a carga completa es:

Tabla 5.2Tabla de diseo de aislamiento trmico segn norma NEMA

Segn los Kva

En el instante que un motor empieza a funcionar, su velocidad es cero RPM y la corrienteproducida es igual a la RLA(amperios de arranque). La siguiente tabla de grupos de motores

dependen de la LRA expresado en kilovolta-ampers, donde una sola letra es usada para definir los

dos valores de voltaje en corriente de arranque en motores con voltajes duales.

Tabla 5.3Cdigo segn KVAs en norma NEMA


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Segn la Proteccin de ingreso (INGRESS PROTECCTION IP)

Que especifica el nivel de proteccin ambiental que provee la carcasa es:

Tabla 5.4Tabla de proteccin de ingreso para norma NEMA

REFERENCIAS:

[1]http://www.johnsonelectric.com/es/resources-for-engineers/automotive-applications/motion-

technology/ec-motor-brushless.html

[2]

http://www.flygt.com/en-

us/Pumping/Experior/ExperiorES/Motors/Pages/Line_Started_Permanent_Magnet_motor.aspx

[3]

http://www.eti.kit.edu/download/Wolff_energia.pdf

[4]

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/5455/1/resumen.pdf

[5]

http://es.scribd.com/doc/104480605/Normas-Nema-de-Los-Motores

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