Motor asíncrono trifásico con rotor de chapas en espiral

Abstract

El objeto de este trabajo pasaba por obtener un motor con un alto par de arranque pero con intensidades limitadas, con variaciones de la intensidad en función de la carga prácticamente inapreciables aunque con pérdidas en vacío contenidas, con un rendimiento aceptable en régimen permanente y con una buena respuesta en periodos transitorios.<br/><br/>Para alcanzar estos objetivos, en primer lugar, se construyó un rotor formado por un conjunto de chapas magnéticas dispuestas radialmente con las testas aplicadas directamente sobre el eje. Estas chapas cubrirían completamente la superficie cilíndrica exterior del eje, y para eliminar los espacios libres que resultarían de aumentar la distancia radial, dado que el espesor de las chapas era constante, se inclinaron las chapas arrollándose unas sobre las otras, resultando el rotor como si estuviera formado por un conjunto de chapas en espiral. <br/><br/>Con esta configuración se pretendió que los campos magnéticos creados en el estátor quedaran más confinados en la periferia del rotor, induciéndose unas f.e.m. periféricas y corrientes a lo largo de las propias chapas, activas únicamente en su periferia. Estas corrientes periféricas disponen de más sección para circular, si las comparamos con las corrientes de un motor con rotor de jaula normal, creando unos pares antagonistas que permiten el giro del rotor. <br/><br/>En concreto cuatro tipos de estatores (1000 rpm, 1500 rpm tipo A, 1500 rpm y 3000 rpm) con características mecánicas y constructivas iguales han sido rebobinados y probados con los siguientes rotores construidos para tal fin: jaula de ardilla, macizo, macizo con aros y rotor hueco. Estos resultados han sido comparados con once variantes de rotores de chapas en espiral que combinan materiales y formas constructivas de sus elementos, demostrándose que es posible disminuir de forma considerable las corrientes de arranque sin perjudicar el valor del par, con la consiguiente reducción del mantenimiento de los motores de inducción y el aumento de su vida útil. <br/><br/>Aparte de las pruebas experimentales realizadas (eléctrica, térmica y mecánica), se modelizarón los modelos para comprobar su comportamiento a diversos regímenes (Matlab-Simulink), comprobándose asimismo, su respuesta magnética delante cambios en el número de chapas, forma, curvatura o material de las forman, mediante el programa de elementos finitos FEMM.<br/><br/>Estas características hacen que estos motores sean presumiblemente adecuados para accionamientos en los que se requiera disponer de un elevado número de arranques y paradas por hora (regímenes fuertemente transitorios), siendo su principal inconveniente el elevado coste del utillaje empleado en la configuración de las chapas del rotor, por lo que su construcción debería pasar por grandes series de fabricación. Actualmente existen innumerables accionamientos de las características mencionadas siendo por tanto muy amplio su mercado.

The object of this work was obtaining a motor with a high starting torque but with limited currents, with current variations depending on the charge practically unappreciated, although with void loses held, with an acceptable efficiency in static speed and with good response in transient periods.<br/><br/>To reach these objectives, first of all, a rotor composed by magnetic sheets distributed in radial disposition around the shaft was built. These sheets cover the entire cylindrical exterior shaft's surface. Since the sheets' density is constant, in order to eliminate free space that would result of increasing the radial distance, the sheets have been enrolled above the others, as if the rotor would be formed by a group of spiral sheets.<br/><br/>With this configuration, it was pretended that magnetic fields generated in the stator remain in the rotor's periphery, inducing peripherical emfs and currents all sheets long, active only in the periphery. These peripherical currents dispose more section to circulate, if we compare them with a usual squirrel cage motor, generating some antagonistic torques that permit the rotor's rotation.<br/><br/>Concretely, four stators (1000 rpm, 1500 rpm type A, 1500 rpm and 3000 rpm)having the same constructive parameters, have been tested with the following rotors: squirrel cage, solid rotor, solid rotor with diamagnetic rings and drag cup. All these results have been compared to those obtained with eleven variants of spiral sheet rotor. It has been proved that it is possible to considerably reduce the starting currents, and therefore reducing the maintenance and extending the life of motors, without any negative consequence on the starting torque.