Rotor (eléctrico)

El rotor de jaula de ardilla consta de acero laminado en el núcleo con barras de cobre o aluminio espaciadas uniformemente colocadas axialmente alrededor de la periferia, cortocircuitadas permanentemente en los extremos por los anillos terminales. ^{[ 3 ]} Esta construcción simple y robusta lo convierte en el preferido para la mayoría de las aplicaciones. El conjunto tiene una particularidad: las barras están inclinadas, o sesgadas, para reducir el zumbido magnético y los armónicos de ranura y para reducir la tendencia al bloqueo. Alojados en el estator, los dientes del rotor y del estator pueden bloquearse cuando son iguales en número y los imanes se posicionan equidistantes, oponiéndose a la rotación en ambas direcciones. ^{[ 3 ]} Los cojinetes en cada extremo montan el rotor en su carcasa, con un extremo del eje sobresaliendo para permitir la fijación de la carga. En algunos motores, hay una extensión en el extremo no motriz para sensores de velocidad u otros controles electrónicos. El par generado fuerza el movimiento a través del rotor hacia la carga.

El rotor bobinado es un núcleo cilíndrico de laminación de acero con ranuras para alojar los cables de sus bobinados trifásicos, que están espaciados uniformemente a 120 grados eléctricos y conectados en configuración en "Y". ^{[ 4 ]} Los terminales de los bobinados del rotor se extienden y se conectan a los tres anillos colectores con escobillas, en el eje del rotor. ^{[ 5 ]} Las escobillas en los anillos colectores permiten conectar resistencias trifásicas externas en serie a los bobinados del rotor para controlar la velocidad. ^{[ 6 ]} Las resistencias externas forman parte del circuito del rotor para producir un par motor elevado al arrancar el motor. A medida que el motor acelera, las resistencias pueden reducirse a cero. ^{[ 5 ]}

Un rotor de polos salientes se construye sobre una pila de láminas de acero en forma de estrella, típicamente con 2, 3, 4, 6, o incluso 18 o más "puntas radiales" que sobresalen del centro, cada una de las cuales está enrollada con alambre de cobre para formar un polo electromagnético discreto orientado hacia afuera. Los extremos orientados hacia adentro de cada punta están conectados magnéticamente a tierra en el cuerpo central común del rotor. Los polos se alimentan con corriente continua o se magnetizan mediante imanes permanentes . ^{[ 7 ]} La armadura con un devanado trifásico se encuentra en el estator donde se induce voltaje. La corriente continua (CC), proveniente de un excitador externo o de un puente de diodos montado en el eje del rotor, produce un campo magnético y energiza los devanados de campo giratorios, mientras que la corriente alterna energiza simultáneamente los devanados de la armadura. ^{[ 8 ] [ 7 ]}

Un polo saliente termina en una zapata polar , una parte de alta permeabilidad con una superficie exterior en forma de segmento de cilindro para homogeneizar la distribución del flujo magnético hacia el estator. ^{[ 9 ]}

El rotor cilíndrico está hecho de un eje de acero macizo con ranuras a lo largo de su longitud exterior para alojar los devanados de campo del rotor, que son barras de cobre laminadas insertadas en las ranuras y aseguradas mediante cuñas. ^{[ 10 ]} Las ranuras están aisladas de los devanados y se mantienen en el extremo del rotor mediante anillos colectores. Una fuente externa de corriente continua (CC) está conectada a los anillos colectores montados concéntricamente con escobillas que se deslizan a lo largo de los anillos. ^{[ 8 ]} Las escobillas hacen contacto eléctrico con los anillos colectores giratorios. También se suministra corriente continua mediante excitación sin escobillas desde un rectificador montado en el eje de la máquina que convierte la corriente alterna en corriente continua.

El campo magnético giratorio induce un voltaje en las barras del rotor al pasar sobre ellas. Esta ecuación se aplica al voltaje inducido en las barras del rotor. ^{[ 11 ]}

${\displaystyle E=BL(V_{syn}-V_{m})}$

dónde:

${\displaystyle E}$= voltaje inducido

${\displaystyle B}$= campo magnético

${\displaystyle L}$= longitud del conductor

${\displaystyle V_{syn}}$= velocidad síncrona

${\displaystyle V_{m}}$= velocidad del conductor

Se produce un par de torsión por la fuerza generada a través de las interacciones del campo magnético y la corriente, como se expresa en la siguiente ecuación: Ibid.

${\displaystyle F=(BxI)L}$

${\displaystyle T=Fxr}$

dónde:

${\displaystyle F}$= fuerza

${\displaystyle T}$= par motor

${\displaystyle r}$= radio de los anillos del rotor

${\displaystyle I}$= barra del rotor

Un campo magnético del estator gira a velocidad síncrona,${\displaystyle n_{s}}$Ibídem

${\displaystyle n_{s}={\frac {120f}{p}}}$

dónde:

${\displaystyle f}$= frecuencia

${\displaystyle p}$= número de polos

Si${\displaystyle n_{m}}$= velocidad del rotor, el deslizamiento, S para un motor de inducción se expresa como:

${\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{m}}{n_{s}}}\times 100\%}$

Velocidad mecánica del rotor, en términos de deslizamiento y velocidad síncrona:

${\displaystyle n_{m}=(1-s)n_{s}}$

${\displaystyle \omega _{m}=(1-s)\omega _{s}}$

Velocidad relativa de deslizamiento:

${\displaystyle n_{slip}=n_{s}-n_{m}}$

${\displaystyle f_{r}=sf_{e}}$