¿Qué es el motor de inducción de anillo deslizante y su funcionamiento?

Un motor de inducción es un dispositivo eléctrico que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Es el más utilizado para aplicaciones industriales debido a su atributo de autoarranque. El motor de inducción de anillo deslizante es uno de los tipos de motor de inducción trifásico y es un tipo de motor de rotor bobinado. Debido a diversas ventajas, como una corriente inicial baja, un par de arranque elevado y un factor de potencia mejorado, se utiliza en aplicaciones que requieren un par elevado, grúas y ascensores. Los bobinados del rotor constan de más número de bobinas, mayor tensión inducida y menor corriente en comparación con el rotor de jaula de ardilla. Los devanados están conectados a una resistencia externa mediante anillos rozantes, lo que ayuda a controlar el par/velocidad de un motor.

¿Qué es un motor de inducción de anillos rozantes?

Definición: Un motor de inducción de anillo deslizante se denomina motor asíncrono, ya que la velocidad a la que funciona no es igual a la velocidad síncrona del rotor. El rotor de este tipo de motor es de tipo bobinado. Está formado por un núcleo cilíndrico de acero laminado y una ranura semicerrada en el límite exterior para alojar un circuito de bobinado aislado trifásico.

Como se ve en la figura anterior, el rotor se enrolla para que coincida con el número de polos del estator. Los tres terminales de un rotor y los tres terminales de arranque que se conectan a través de anillos rozantes están conectados a un eje. El objetivo del eje es transmitir la potencia mecánica.

Construcción

Antes de hablar del principio de funcionamiento del motor de inducción de anillos rozantes, hay que conocer el construcción del motor de inducción de anillos rozantes es importante. Así que empecemos con la construcción que incluye dos partes: El estator y el rotor.

Estator

El estator de este motor consta de varias ranuras que están dispuestas para soportar la construcción de un circuito de bobinado trifásico que se conecta a una fuente de CA trifásica.

Rotor

El rotor de este motor está formado por un núcleo cilíndrico con láminas de acero. Además, el rotor tiene ranuras paralelas para alojar devanados trifásicos. Los devanados de estas ranuras están dispuestos a 120 grados entre sí. Esta disposición puede reducir el ruido y evitar las pausas irregulares del motor.

Funcionamiento del motor de inducción de anillo deslizante

Este motor funciona según el principio de la ley de Faraday de la inducción electromagnética. Cuando un devanado del estator se excita con una alimentación de CA, el devanado del estator produce un flujo magnético. Basándose en la ley de Faraday de la inducción electromagnética, el devanado del rotor se induce y genera una corriente de flujo magnético. Este EMF inducido desarrolla un par que permite al rotor girar.

Sin embargo, la diferencia de fase entre la tensión y la corriente no cumple los requisitos para generar un par de arranque elevado, ya que el par desarrollado no es unidireccional. Para mejorar la diferencia de fase de un motor, se conecta al circuito una resistencia externa de alto valor. Como resultado, se reduce la reactancia inductiva y la diferencia de fase entre I y V. En consecuencia, esta reducción ayuda al motor a generar un par de giro elevado. El diagrama del motor de inducción de anillo colector se muestra a continuación.

¿Por qué se utilizan anillos colectores en un motor de inducción?

El deslizamiento se define como la diferencia entre la velocidad del flujo y la velocidad del rotor. Para que un motor de inducción produzca par, debe haber al menos una diferencia entre la velocidad del campo del estator y la velocidad del rotor. Esta diferencia se llama "deslizamiento". El "anillo de deslizamiento" es un dispositivo electromecánico que ayuda a transmitir la potencia y las señales eléctricas de un componente fijo a uno giratorio.

Los anillos rozantes también se conocen como interfaces eléctricas rotativas, juntas rotativas eléctricas, eslabones giratorios o anillos colectores. A veces, según la aplicación, el anillo colector requiere un mayor ancho de banda para transmitir datos. Los anillos rozantes mejoran la eficiencia y el rendimiento de un motor al mejorar el funcionamiento del sistema y eliminar los cables que cuelgan de las juntas del motor.

Cálculo de la resistencia del motor de inducción de anillo colector

El par máximo se produce si

r = Smax. X -- (I)

Donde, Smax = Deslizamiento en el momento de extracción

X = Inductancia de un rotor

r = resistencia del bobinado del rotor

Añadiendo la resistencia externa R a la ecuación (I),

r+R= (Smax)'. X -- (ii)

De la ecuación (i) y (ii),

R = r(S' max/Smax - 1) -- (iii)

Por la definición de Smax, obtenemos Smax = 1 - (Nmax/Ns) -- (iv)

Poniendo S'max =1 en la ecuación (iii), obtenemos

R = r. (1/Smax-1) -- (v)

Digamos que Ns = velocidad de sincronización de 1000rpm y que el par de arranque se produce a 900 rpm, la ecuación (iv) se reduce a Smax = 0,1 (es decir, 10% de deslizamiento)

Sustituye en la ecuación (v),

R = r. (1/0,1 - 1)

R = 9. r

r' se mide con un multímetro. El valor de la resistencia de 9 veces mayor que el de la resistencia del rotor del anillo colector se conecta externamente para experimentar el máximo par de arranque.

Control de la velocidad del motor de inducción de anillo colector

El control de la velocidad de este motor puede realizarse mediante dos métodos que son los siguientes

Efecto de la adición de una resistencia externa

Por lo general, la puesta en marcha de estos motores se produce cuando se consume toda la tensión de línea, que es de 6 a 7 veces superior a la corriente de plena carga. Esta corriente elevada puede controlarse mediante una resistencia externa conectada en serie con el circuito del rotor. La resistencia externa actúa como un reóstato variable durante el arranque del motor y se ajusta automáticamente a una resistencia alta para obtener la corriente de arranque necesaria.

La resistencia externa reduce la resistencia alta en cuanto el motor obtiene la velocidad normal y aumenta el par de arranque de un motor. El ajuste de la resistencia externa también ayuda a disminuir la corriente del rotor y del estator, pero mejora el factor de potencia de un motor.

Uso del circuito tiristor

El circuito de encendido/apagado con tiristores es otra forma de controlar la velocidad de un motor. En este método, la corriente alterna del rotor se conecta a un puente rectificador trifásico y se conecta a una resistencia externa a través de un filtro. El tiristor se conecta a través de la resistencia externa y se conecta/desconecta a alta frecuencia. La relación entre el tiempo de encendido y el tiempo de apagado estima el valor real de la resistencia del circuito del rotor, lo que ayuda a controlar la velocidad de un motor mediante el control de las características de velocidad-par.

Diferencia entre el motor de inducción de jaula de ardilla y el de anillo deslizante

La diferencia entre estos dos motores se analiza a continuación.

Motor de anillos rozantes	Motor de jaula de ardilla
Tiene un rotor de tipo bobinado	Su rotor es de tipo jaula de ardilla
El rotor tiene un núcleo cilíndrico con ranuras paralelas, en las que cada ranura tiene una barra	Las ranuras no son paralelas entre sí
La construcción es complicada debido a los anillos de deslizamiento y los cepillos	La construcción es sencilla
El circuito de resistencia externa se conecta con un motor	No hay circuito de resistencia externa ya que las barras del rotor están completamente ranuradas
El par de arranque es alto	El par es bajo
La eficiencia es baja	La eficiencia es alta

Ventajas y desventajas del motor de inducción de anillos rozantes

Las ventajas son

• Alto y excelente par de arranque para soportar altas cargas de inercia.
• Tiene una baja corriente de arranque debido a la resistencia externa
• Puede soportar una corriente de carga completa de 6 a 7 veces superior

Las desventajas son

• Incluye mayores costes de mantenimiento debido a las escobillas y anillos rozantes en comparación con el motor de jaula de ardilla
• Construcción intrincada
• Alta pérdida de cobre
• Bajo rendimiento y bajo factor de potencia
• Más caro que el motor de inducción trifásico de jaula de ardilla

Aplicaciones

Algunas de las aplicaciones del motor de inducción de anillo deslizante son

• Estos motores se utilizan cuando se requiere un par elevado y una corriente de arranque baja.
• Se utilizan en aplicaciones como ascensores, compresores, grúas, transportadores, polipastos y muchas más

Preguntas frecuentes

1). ¿Qué es el deslizamiento en un motor eléctrico?

El deslizamiento se define como la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad de funcionamiento, a la misma frecuencia.

2). ¿Dónde se utilizan los motores de inducción de jaula de ardilla?

Se utilizan en bombas centrífugas, grandes sopladores y ventiladores, para hacer funcionar cintas transportadoras, etc.

3). ¿Qué es un motor de inducción de anillo deslizante?

Un motor con rotor bobinado se conoce como motor de inducción de anillos rozantes. Además, los devanados del rotor están conectados mediante anillos rozantes a una resistencia externa.

4). Nombra una desventaja del motor de inducción de anillos rozantes y del motor de inducción de jaula de ardilla

Las desventajas son las elevadas pérdidas de cobre y el bajo par motor

5). ¿Para qué sirve la resistencia externa en los motores de inducción de anillo deslizante?

La resistencia externa actúa como un reóstato variable durante el arranque del motor y se ajusta automáticamente a una resistencia alta para obtener la corriente de arranque necesaria.

Así, este artículo trata de una visión general del anillo colector motor de inducción, la diferencia entre el motor de inducción de anillo deslizante y el motor de inducción de jaula de ardilla, las aplicaciones, las ventajas y los inconvenientes. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la función de un motor de inducción de anillo deslizante?