Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

¿Sabías que el espacio de aire es un factor determinante en el rendimiento de un motor de inducción? Aunque parezca algo insignificante, el tamaño y distribución del espacio de aire puede tener un impacto significativo en la eficiencia y potencia de estas máquinas. En este artículo descubriremos los efectos que tiene el espacio de aire en el rendimiento de los motores de inducción ¡No te lo pierdas!

La descripción general de la construcción del motor de inducción.

El motor de inducción tiene un estator y el rotor como sus partes principales. El estator es una parte estacionaria y el rotor es una parte giratoria. El estator del motor tiene bobinas superpuestas que se colocan físicamente con una separación eléctrica de 120 grados. Cuando el estator está conectado a la fuente de alimentación trifásica, se produce un campo magnético rotacional de magnitud constante y una dirección variable. El flujo producido en el estator viaja a través del entrehierro y se une a los conductores del rotor.

Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

El devanado del rotor se cortocircuita a través de anillos terminales o se conecta a la resistencia externa. El flujo de enlace del estator induce FEM en el circuito del rotor, y la corriente comienza a fluir en el devanado del rotor en cortocircuito debido a la FEM inducida en el rotor. Debido a una interacción de la corriente del rotor y el flujo principal, se produce el par y el motor comienza a girar.


En el estator, la energía eléctrica se convierte en energía magnética.

Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

La energía magnética viaja a través del entrehierro del motor. El entrehierro aumenta la reluctancia del circuito magnético.


Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

Circuito eléctrico equivalente del circuito magnético

Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

Dónde,

Rc y Rg son la reluctancia del circuito magnético y del sir gap.

El entrehierro juega un papel importante en el rendimiento del motor.

Longitud del espacio de aire

La longitud del entrehierro afecta los siguientes parámetros de rendimiento del motor de inducción.

  • Magnetizando actual
  • Factor de potencia
  • Capacidad de sobrecarga
  • Enfriamiento
  • Ruido

Corriente magnetizante y factor de potencia

La corriente de magnetización del motor depende de la carga magnética específica y de la longitud del entrehierro de la máquina. Una gran longitud de entrehierro conduce a una mayor corriente de magnetización y a un factor de potencia deficiente.

Una gran longitud de entrehierro aumenta la reluctancia de la trayectoria del flujo magnético. La reluctancia del circuito magnético es similar a la resistencia del circuito eléctrico. La reluctancia de un circuito magnético es;

R=FMM/Φ —–(1)
También,
R= L/μA ——-(2)

FMM=RΦ
Φ = FMM/R
Φ =MMF*(μA /L) —–(3)

Dónde,
R = Reluctancia del circuito magnético
MMF = Fuerza magnetomotriz (MMF=NI)
L = longitud del entrehierro
Φ = flujo en el entrehierro
μ = Permeabilidad del material magnético

De la ecuación (3), está claro que la MMF requerida para producir y enviar el flujo a través del entrehierro depende de la densidad del flujo y la longitud del entrehierro.

Si se aumenta la longitud del entrehierro, aumentará la reluctancia del circuito magnético. Este aumento en la reluctancia demandará más fuerza magnetomotriz para producir el flujo requerido en el motor. Para cumplir con el requisito adicional de MMF, la corriente de magnetización del estator aumenta. El factor de potencia del motor empeora con un aumento en la corriente magnetizante del estator. El diagrama fasorial del motor que tiene una longitud de entrehierro pequeña y grande se muestra a continuación. La relación entre la longitud del entrehierro y el factor de potencia puede entenderse bien con el siguiente diagrama fasorial.

Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

La longitud del espacio de aire en la figura (b) es mayor que el espacio de aire en la figura (a). El ángulo entre el voltaje aplicado y la corriente del estator es mayor en la figura (b) que en la figura (a). Con un aumento en la longitud del entrehierro, se requiere más corriente de magnetización para producir el flujo nominal en el núcleo magnético, y aumenta el ángulo de fase entre el voltaje aplicado y la corriente de magnetización. Como resultado, el factor de potencia se vuelve bajo.

Capacidad de sobrecarga

El flujo de fuga se reduce con un aumento en la longitud del entrehierro. El flujo producido en el devanado del estator se acopla casi por completo con el devanado del rotor si la longitud del entrehierro es mayor. Por lo tanto, la capacidad de sobrecarga de un motor de gran longitud de entrehierro es mayor que la capacidad de sobrecarga del motor que tiene una pequeña longitud de entrehierro. Con un aumento en la longitud del entrehierro, la reactancia de fuga disminuye y la capacidad de sobrecarga aumenta.

Enfriamiento

Con una gran longitud de entrehierro, el estator y el rotor están separados por una gran distancia, por lo que la refrigeración es mejor. La pérdida de cobre (Pérdida I^2*R) tiene lugar en el devanado del estator y del rotor y la pérdida de hierro tiene lugar en el núcleo. El calor se transfiere fácilmente si el motor tiene un gran espacio de aire. El aislamiento del devanado puede ser de clase H o clase F con límite de aumento de temperatura a clase B si la longitud del entrehierro es mayor.

Ruido

El flujo de fuga se reduce con una gran longitud de entrehierro. El menor ruido se genera en el motor que tiene mayor longitud de entrehierro.

Pérdida de pulsaciones dentales

La pérdida por pulsación del diente se reduce en un motor de gran longitud de entrehierro debido a una pequeña variación en la reactancia del entrehierro.

Atracción magnética desequilibrada

Un espacio de aire desigual provoca una atracción magnética desequilibrada. La atracción magnética desequilibrada actúa en la dirección del entrehierro más corto.

Efectos del espacio de aire en el rendimiento del motor de inducción

La atracción magnética desequilibrada se puede minimizar con tolerancias estrictas o haciendo que el espacio de aire sea grande dentro de todas las restricciones de diseño.


El motor con una longitud de entrehierro pequeña consume menos corriente de magnetización y el factor de potencia del motor es mejor que el motor que tiene una longitud de entrehierro grande.

¿Cuál debería ser la longitud óptima del entrehierro?

A diferencia de un transformador, es imposible tener un espacio de aire cero para una máquina rotativa. La máquina rotativa debe tener un entrehierro para su giro. El entrehierro óptimo de un motor de inducción se puede expresar mediante la siguiente fórmula empírica.

lg = 0,2 + 2√ LD mm

Dónde,

lg = Longitud del entrehierro (mm)
L = Longitud del núcleo del estator (metro)
D = diámetro interno del núcleo del estator (metro)

Ejemplo:

Si la longitud y el diámetro del núcleo del estator es de 0,18 metros y 0,34 metros respectivamente, la longitud del espacio de aire entre el estator y el rotor

lg = 0,2 + 2 LD mm
= 0,2 +2√0,18*0,34
= 0,2 +0,494
= 0,694 mm

El diseñador mantiene la longitud mínima del entrehierro en el motores de bajo consumo para mejorar el factor de potencia y reducir las pérdidas sin carga en el motor.

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