UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN

AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE PRODUCCION Y SERVICIO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

PROYECTO
“DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO JAULA DE
ARDILLA DE 550 HP”

DOCENTE: ING. JAIME QUISPE PUMA

ALUMONO: PATIÑO YANA JOSE EDUARDO

AREQUIPA-PERU
2017
-
DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO JAULA
DE ARDILLA DE 550 HP, 380V

RESUMEN:
En el presente trabajo se realizara el diseño y el cálculo a partir de datos de
placa, un motor jaula de ardilla de 550 hp (400KVA), Se calculara el diámetro del
rotor tanto exterior como interior, longitud activa, paso polar, el paso de diente,
sección del del bobinado del rotor, sección del bobinado en el estator, tipo de
ranura, profundidad de la ranura, sección de los dientes del estator, las fuerzas
magnetomotrices, resistencia y reactancias de las bobinas. Este motor funciona
a 380V un voltaje comercial, el motor podrá adquirirlo cualquier empresa. El
cálculo realizado se basaran en los libros de “Calculo industrial de máquinas
eléctricas” autor J. Corrales, tomo I y tomo II, y también con la ayuda del libro
“Diseño de aparatos eléctricos” autor Jhon H. Kuhlmann.
El trabajo está dividido en 7 parte:
- Capitulo I : Datos de placa.
- Capitulo II: Marco teorico.
- Capitulo III: Fuerzas magnetomotrices.
- Capitulo IV: Calculo de los parámetros de los devanados.
- Capitulo V: Diseño y construcción del bobinado.
- Capitulo VI: Determinación de las características de operación y arranque.
- Capitulo VII: Calculo térmico y el sistema de ventilación.
 Tabla de contenido

FIGURAS ........................................................................................................................................ 1
1 CAPITULO I............................................................................................................................. 5
1.1 DATOS DE PLACA DEL MOTOR ...................................................................................... 5
2 CAPITULO II............................................................................................................................ 6
2.1 MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 6
3 CAPITULO III......................................................................................................................... 14
3.1 CALCULO DE LAS FUERZAS MAGNETOMOTRICES ....................................................... 14
3.1.1 Fmm en el entrehierro ........................................................................................ 26
3.1.2 Fmm para el yugo del rotor ................................................................................. 26
3.1.3 Fmm para el yugo del estator ............................................................................. 27
3.1.4 Fmm para los dientes del rotor ........................................................................... 27
3.1.5 Fmm para los dientes del estator........................................................................ 28
3.1.6 Fmm total ............................................................................................................ 28
4 CAPITULO IV ........................................................................................................................ 29
4.1 CALCULO DE LOS PARÁMETROS DE LOS DEVANADOS................................................ 29
4.1.1 Resistencias de las bobinas ................................................................................. 29
4.1.2 Reactancias del motor ......................................................................................... 30
4.2 CALCULO DEL EJE DEL ROTOR ..................................................................................... 32
4.3 PAR DEL MOTOR.......................................................................................................... 32
5 CAPITULO V ......................................................................................................................... 32
5.1 DISEÑO Y CONSTUCCION DE BOBINADO .................................................................... 32
6 CAPITULO VI ........................................................................................................................ 35
6.1 DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN Y DE ARRANQUE ......... 35
 6.1.1 Características de operación ............................................................................... 35
6.1.2 Características de arranque ................................................................................ 35
7 CAPITULO VII ....................................................................................................................... 36
7.1 CÁLCULO TÉRMICO Y EL SISTEMA DE VENTILACIÓN Y REFRIGERACIÓN..................... 36
8 CAPITULO VIII ...................................................................................................................... 37
8.1 PLANOS DEL ROTOR .................................................................................................... 37
9 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 38
 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

FIGURAS

Figura 1. Constante de salida ..................................................................................................... 14

Figura 2. Relación Diámetro externo y Diámetro interno .......................................................... 15
Figura 3. Constante C1 ............................................................................................................... 16
Figura 4. Calibre platina.............................................................................................................. 20
Figura 5. Profundidad de la ranura ............................................................................................ 21
Figura 6. Dimensiones de la ranura, y conductores ................................................................... 21
Figura 7. Distancia del entrehierro en funcion del diámetro ..................................................... 22
Figura 8. Relacion, Abertura de ranura respecto a la longitud de entrehierro .......................... 25
Figura 9. Densidad de flujo máximo en el yugo ......................................................................... 26
Figura 10. Resistencia del rotor en función del devanado del estator ...................................... 30
Figura 11. Bobinado del motor................................................................................................... 34
Figura 12. Momento de inercia J ................................................................................................ 36

FORMULAS

𝒑 = 𝟏𝟐𝟎𝒙𝒇 𝒏 Ecu 1 ........................................................................................................ 14

𝑫𝒐 = 𝟑𝑪 ∗ 𝒉𝒑 ∗ 𝒑 ∗ 𝒓𝒓. 𝒑𝒎 ∗ 𝝅 ∗ 𝟎. 𝟗 Ecu 2....................................................................... 15
𝑫 = 𝑫𝒐𝒓 Ecu 3................................................................................................................... 15
𝒍 = 𝑪 ∗ 𝒉𝒑𝑫𝒐𝟐 ∗ 𝒏 Ecu 4 .................................................................................................... 15
𝝋 = 𝑪𝟏 ∗ 𝟏𝟎𝟓 ∗ 𝒇 ∗ 𝒉𝒑𝟔𝟎 Ecu 5 ........................................................................................ 16
𝑬𝒕 = 𝑽𝒍𝟑 Ecu 6 ............................................................................................................. 16
𝑵𝒌𝒑𝒌𝒅 = 𝑬𝒕 ∗ 𝟎. 𝟗𝟕 ∗ 𝟏𝟎𝟖𝟐. 𝟐𝟐 ∗ 𝒇 ∗ 𝝋 Ecu 7 ................................................................. 17
𝝉𝒔𝟏 = 𝝅 ∗ 𝑫𝑺 Ecu 8 .................................................................................. 17
𝑵 = 𝑵𝒓 ∗ 𝑺𝒓𝒄 ∗ 𝑭 Ecu 9 ...................................................................................................... 18
𝝋 = 𝑬𝒕 ∗ 𝟎. 𝟗𝟕 ∗ 𝟏𝟎𝟖𝟐. 𝟐𝟐 ∗ 𝒇 ∗ 𝑵𝑲𝒑𝑲𝒅 Ecu 10 ................................................................ 18
𝑩𝒈 = 𝝋 ∗ 𝟒𝝅 ∗ 𝑫 ∗ 𝑳 ∗ 𝟎. 𝟔𝟑𝟕 Ecu 11 ............................................................................... 19
𝝋𝒕 = 𝝅 𝑫 𝒍 𝑩𝒈 Ecu 12 ...................................................................................................... 19
𝑰 = 𝑯𝑷 ∗ 𝟕𝟒𝟔𝟑 ∗ 𝑬𝒕 ∗ 𝒆𝒇 ∗ 𝑭𝑷 Ecu 13.............................................................................. 19
𝑺𝒂 = 𝑰𝒂 𝑨𝒂 Ecu 14......................................................................................................... 20
𝑫𝒓 = 𝑫 − 𝟐 ∗ 𝜹 Ecu 15 ....................................................................................................... 22
𝑺𝒄𝒔 = 𝑵 ∗ 𝒎 ∗ 𝒂 ∗ 𝑺𝒔 Ecu 16 ............................................................................................... 23
𝑺𝒃 = 𝑺𝒄𝒓𝑺𝒓 Ecu 17 .......................................................................................................... 23
𝒕𝟏𝒓 = 𝝅𝑫𝒓𝑺𝒓 Ecu 18 .......................................................................................................... 23
𝑺𝒆𝒓 = 𝟎. 𝟑𝟐 ∗ 𝑺𝒄𝒓𝒑 Ecu 19................................................................................................ 23
𝒘𝒕𝒓𝟐 = 𝝅𝑫𝒓 − 𝟐 ∗ 𝟐𝑺𝒓 Ecu 20 ........................................................................................... 24
𝒅𝒚𝒓 = 𝝋𝑩𝒚𝒓 ∗ 𝒍 − 𝒏𝒅 ∗ 𝒘𝒅 ∗ 𝒌𝟏 Ecu 21 ............................................................................. 24
𝒌𝒔 = 𝒕𝒔𝟏𝒘𝒕𝒔 + 𝜹𝒚 Ecu 22 ................................................................................................... 25
𝒌𝒓 = 𝒕𝒓𝟐𝒘𝒕𝒓 + 𝜹𝒚 Ecu 23 .................................................................................................. 25

ING. JAIME QUISPE PUMA 1

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

𝑨𝑻𝒈 = 𝑩𝒈𝜹 𝒌𝒔 𝒌𝒓 Ecu 24 .................................................................................................... 26

𝒍𝒚𝒓 = 𝑫𝒓 − 𝟐 ∗ 𝟏. 𝟒 − 𝟏𝟐 ∗ 𝟎. 𝟗 ∗ 𝝅𝒑 = 𝟑𝟗. 𝟖𝟓 Ecu 25 ...................................................... 26
𝒍𝒚𝒔 = 𝑫𝒔 + 𝟐 ∗ 𝟐. 𝟑 − 𝟏𝟐 ∗ 𝟏. 𝟓 ∗ 𝝅𝒑 = 𝟒𝟕 Ecu 26 ........................................................... 27
𝑩𝒕𝒓𝟐 = 𝝋𝒕𝒘𝒕𝒓𝟐 ∗ (𝒍 − 𝒏𝒅 ∗ 𝒘𝒅) ∗ 𝒌𝟏 ∗ 𝑺𝒓 ∗ 𝟎. 𝟔𝟕𝟑 Ecu 27.............................................. 27
𝑩𝒅𝒔𝟏 = 𝝋𝒕𝒘𝒕𝒔𝟏 ∗ 𝒍 − 𝒏𝒅 ∗ 𝒘𝒅 ∗ 𝒌𝟏 ∗ 𝑺𝒔 ∗ 𝟎. 𝟔𝟕𝟑 Ecu 28 ............................................. 28
𝑨𝑻𝑷 = 𝑨𝑻𝒈 + 𝑨𝑻𝒚𝒔 + 𝑨𝑻𝒚𝒓 + 𝑨𝑻𝒅𝒔 + 𝑨𝑻𝒅𝒓 Ecu 29 ............................................... 28
𝑷 = 𝑺𝒓𝒑 = 𝟏𝟐 Ecu 30..................................................................................................... 29
𝐬𝐢𝐧𝜶 = 𝒘𝒔𝒔 − 𝒔𝒕𝟏𝒔 = 𝟐𝟕. 𝟕 Ecu 31 ................................................................................... 29
𝑳𝒔 = 𝝅(𝑫𝒓 − 𝒅𝒔𝒓)𝒑 𝐜𝐨𝐬(𝜶) 𝑷 + 𝟐𝒃 + 𝒅𝒔𝒓 + 𝒍 = 𝟒𝟕𝟕. 𝟓 Ecu 32 ...................................... 29
𝑹𝒔 = 𝑳𝒔 𝑵𝒄 𝟐. 𝟎𝟒𝟐 𝑺𝒔 ∗ 𝟏𝟎𝟒 = 𝟎. 𝟏𝟕𝟔 𝑶𝒉𝒎 Ecu 33 ....................................................... 29
𝑹𝒃 = 𝒍 ∗ 𝑵𝒃 ∗ 𝒓 ∗ 𝟏𝟎𝑺𝒃 ∗ 𝟏𝟎𝟒 = 𝟎. 𝟎𝟏𝟑 𝑶𝒉𝒎 Ecu 34 ....................................................... 29
𝑫𝒄𝒓 = 𝑫𝒊 + 𝒅𝒚𝒓 = 𝟑𝟖. 𝟕𝟒𝟒 Ecu 35 ................................................................................... 29
𝑹𝒂 = 𝟐𝝅 ∗ 𝑫𝒄𝒓 ∗ 𝒓 ∗ 𝟏𝟎𝟎𝑺𝒄𝒓 ∗ 𝟏𝟎𝟒 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 𝑶𝒉𝒎 Ecu 36 ............................................. 29
𝑹𝑻 = 𝒌𝒑𝟐 ∗ 𝒌𝒅𝟐 ∗ 𝑵𝟐 ∗ 𝒓𝟏𝟎𝟐 ∗ (𝒍 ∗ 𝑵𝒃𝑺𝒃 ∗ 𝑵𝒃 + 𝟎. 𝟔𝟒 ∗ 𝑫𝒄𝒓𝑺𝒄𝒓𝒑𝟐 ∗ 𝑲𝒂𝒏𝒊𝒍𝒍𝒐) Ecu 37
30
𝑭𝒔𝒔 = 𝒌𝒔 ∗ (𝒅𝟏𝒔𝟑 ∗ 𝒘𝒔𝒔 + 𝒅𝟐𝒔𝒘𝒔𝒔) = 𝟏. 𝟎𝟑𝟓 Ecu 38 ..................................................... 30
𝑭𝒔𝒓 = (𝒅𝟏𝒓𝟑 ∗ 𝒘𝒔𝒓 + 𝒅𝟐𝒓𝒘𝒔𝒓 + 𝟐 ∗ 𝒅𝟑𝒓𝒘𝒔𝒓 + 𝒘𝒕𝒓𝟐 + 𝒅𝒔𝒓𝒘𝒕𝒓𝟐 ∗ 𝟏𝟎𝟎) Ecu 39........ 31
𝑿𝒔𝒔 = 𝑵𝒄𝟐 ∗ 𝒎 ∗ 𝒇𝟏𝟎𝟕 ∗ 𝟎. 𝟕𝟗 ∗ 𝒍 ∗ 𝑲𝒔𝑺𝒔 ∗ 𝑭𝒔𝒔 Ecu 40 ................................................. 31
𝑿𝒔𝒓 = 𝑵𝒄𝟐 ∗ 𝒎 ∗ 𝒇𝟏𝟎𝟕 ∗ 𝟎. 𝟕𝟗 ∗ 𝒍 ∗ 𝒌𝒑𝒓𝒌𝒅𝒓𝟐 ∗ 𝒌𝒓𝒌𝒑𝒓𝒌𝒅𝒓𝟐 ∗ 𝑺𝒓 ∗ 𝑭𝒔𝒓 Ecu 41.......... 31
𝑿𝒔𝒄 = 𝑵𝒄𝟐 ∗ 𝒎 ∗ 𝒇𝟏𝟎𝟕 ∗ 𝟎. 𝟑𝟐𝟔 ∗ 𝒌𝒑𝒌𝒅𝟐 ∗ 𝒌𝒓𝒑 ∗ (𝟐𝒃 + 𝟎. 𝟓𝒇 + 𝒅𝒔𝒔𝟐) Ecu 42 ............. 31
𝑿𝑻 = 𝑿𝒔𝒔 + 𝑿𝒔𝒓 + 𝑿𝒔𝒄 = 𝟖. 𝟐𝟒 𝑶𝒉𝒎 Ecu 43................................................................... 31
𝒅𝒄 = 𝒌𝒃𝑷𝒏 Ecu 44 ........................................................................................................... 32
𝑴 = 𝟗𝟕𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝑷𝒏 Ecu 45 ...................................................................................................... 32

ING. JAIME QUISPE PUMA 2

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

TERMINOLOGIA

𝒑: 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠
𝑪: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝑫𝒐: 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
𝑫: 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜
𝒍: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎
𝝋: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑙𝑜
𝑬𝒕: 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑒
𝝉𝒔𝟏: 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑵𝒄: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎
𝑩𝒈: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜
𝝋𝒕 : 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑨𝒂 : 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑰: 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑺𝒂 : 𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟
𝒅𝒔𝒔 : Profundidad de la ranura del estator
𝑫𝒓 : 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑺𝒓 : 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝒕𝟏𝒓 : 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝒘𝒕𝒓𝟐 : Ancho del diente del rotor en el fondo de la ranura
𝑩𝒕𝒓𝟐 : Densidad de flujo en el diente del rotor al fondo de la ranura
𝒌𝒔 : 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟
𝒌𝒓 : 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑨𝑻𝒈 : 𝐹𝑚𝑚 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜

𝒍𝒚𝒓 : 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑦𝑢𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟

𝒍𝒚𝒔 : 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑦𝑢𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟

ING. JAIME QUISPE PUMA 3

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

𝑨𝑻𝒚𝒓 : 𝐹𝑚𝑚 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑦𝑢𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟

𝑩𝒕𝒔𝟏 : 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟

𝒌𝟏 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑖𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑨𝑻𝒚𝒔 : 𝐹𝑚𝑚 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑦𝑢𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟

𝑩𝒕𝒓𝟐 : 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟

𝒂𝒕𝒕𝒓 : Ampere vuelta por centímetro para la densidad en el diente del rotor
𝑩𝒕𝒔𝟏 : Densidad de flujo en el diente del estator, en el entrehierro
𝒂𝒕𝒚𝒓 : Ampere vuelta por centímetro para la densidad en el yugo del rotor

𝒍𝒕𝒔 : Longitud de la trayectoria del flujo en los dientes del estator

𝑨𝑻𝒅𝒔 : 𝐹𝑚𝑚 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟
𝑨𝑻𝑷: 𝐹𝑚𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑷: Paso por unidad
𝒔: 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
𝟐𝒃: 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
𝒘𝒔𝒔: Ancho de la ranura del estator𝒅𝒔𝒓:
𝑳𝒔 : Longitud de la espira media de la bobina del campo de serie cm
𝑹𝒔 : Resistencia por fase del devanado del estator
𝑹𝒃 : Resistencia total de las barras de la jaula
𝑹𝒂 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑏𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎
𝑹𝑻 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑭𝒔𝒔 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟
𝑭𝒔𝒓 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑿𝒔𝒔 : 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟, 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑠𝑒
𝒌𝒅𝒓 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝒌𝒑𝒓 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟

𝑿𝒔𝒓 : Reactancia de dispersión en la ranura del rotor

𝑿𝒔𝒄 : Reactancia de dispersión por conexiones extremas del estator
𝑿𝑻 : 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

ING. JAIME QUISPE PUMA 4

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

1 CAPITULO I

1.1 DATOS DE PLACA DEL MOTOR

TIPO Jaula de ardilla

POTENCIA (Hp) 550
FASES 3
TENSION (V) 380
VELOCIDAD (Rpm) 1790
CONEXIÓN Estrella/Delta
FRECUENCIA (Hz) 60
FATOR DE POTENCIA 0.86
0.968
EFICIENCIA

ING. JAIME QUISPE PUMA 5

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

2 CAPITULO II
2.1 MARCO TEÓRICO

Los motores W22 cumplen con los requisitos y reglamentos de las versiones
vigentes de las siguientes normas:

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 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Carcasa
La carcasa de los motores W22 es producida en hierro gris FC-200 para proveer
altos niveles de robustez mecánica y resistir a las aplicaciones más críticas. Las
aletas de refrigeración han sido diseñadas para evitar la acumulación de líquidos
y polvo sobre el motor.

Caja de Conexiones
La caja de conexiones de los motores W22 es fundida en FC-200, mismo
material de la carcasa y tapas. Posee apertura en corte diagonal, exponiendo
mejor los cables y facilitando el acceso a las conexiones. Para el rango de
carcasas desde 225S/M a 355A/B la caja de conexiones es desplazada hacia la
parte frontal de la carcasa. Esta característica mejora el flujo de aire sobre las
aletas del motor y permite temperaturas de operación reducidas. Para estos
tamaños, la salida de los cables de la carcasa para la caja de conexiones se
hace por la parte superior de la carcasa y el ensamble de la caja en las laterales
del motor es realizado utilizándose el prolongador.
Cuando suministrada desde la fábrica con la configuración de caja de conexiones
armada lateralmente, esta puede ser posicionada en el lado opuesto
simplemente a través del giro del dispositivo prolongador. De igual manera, a
través de la remoción del dispositivo prolongador y del ajuste del tamaño de la
longitud de los cables del motor, la caja de conexiones puede ser posicionada
en el tope del motor. La flexibilidad de las posiciones de la caja de conexiones
en los motores W22 puede ser vista en la figura.

ING. JAIME QUISPE PUMA 7

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Cables de Conexiones Principales

Los cables de los motores son numerados de acuerdo con la norma IEC 60034-
8 y son armados en placas borneras fabricadas en BMC (Bulk Moulding
Conpound) con base de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio (ver
figura).

Terminales de Puesta a Tierra

Todas las carcasas son suministradas con terminales de puesta a tierra
posicionados adentro de la caja de conexiones (según figura 8). Las carcasas
225S/M a 355A/B poseen, además de los aterramientos mencionados encima,
otro aterramiento en la carcasa. Está localizado en el mismo lado que la salida
de los cables de la caja de conexión (ver figura 8) y es responsable por
uniformizar el potencial eléctrico y garantizar mayor seguridad a los operarios.
Compatible con cabos de 25 mm2 a 185 mm2. Opcionalmente, los motores
pueden ser proporcionados con un aterramiento adicional en la carcasa.

ING. JAIME QUISPE PUMA 8

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Tapas
La tapa delantera posee aletas para mejorar la disipación térmica y permitir
temperaturas de operación en el cojinete reducidas, lo que auxilia en el aumento
de los intervalos de lubricación. Para las carcasas 225S/M a 355A/B, donde la
ventilación es crítica para el desempeño térmico del motor, los tornillos de fijación
de las tapas están ubicados de modo a no bloquear el flujo de aire hacia ninguna
aleta, contribuyendo así para un mejor intercambio térmico.

Tapa Deflectora
La tapa deflectora es construida en acero para las carcasas 63 a 132 y en hierro
gris FC-200 para las carcasas 160 a 355. La tapa deflectora construida en hierro
gris posee perfil aerodinámico, lo que contribuye para la reducción del nivel de
ruido y mejoría en el desempeño del sistema de ventilación del motor, resultando
en el incremento del flujo de aire por entre las aletas de la carcasa. En la figura
es posible verificar el perfil aerodinámico de la tapa deflectora.

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 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Placa de Identificación
La placa de identificación provee informaciones que determinan la construcción
del motor y características de desempeño.

Sistema de Refrigeración y Niveles de Ruido

Los motores W22 en su versión estándar son totalmente cerrados con ventilación
exterior (IC411), de acuerdo con la norma IEC 60034-6. Versiones no ventiladas
(TENV), air over (TEAO) y con ventilación forzada TEFV (IC416) están
disponibles bajo consulta. Más informaciones sobre la opción de ventilación
IC416 pueden ser ubicadas en la Sección 12 - Operación con convertidos de
frecuencia.

El sistema de ventilación (ventilador, tapa trasera y tapa deflectora) fue diseñado

para minimizar el ruido y aumentar la eficiencia térmica. Los motores W22
cumplen con la norma IEC 60034-9 y sus niveles de presión sonora. Las tablas
3 y 4 presentan los niveles de presión sonora en la escala dB(A) obtenidos bajo
pruebas para los motores W22, en 50 Hz y en 60 Hz.

Puntos para Medición de Vibraciones

Con el objetivo de facilitar actividades de mantenimiento, específicamente en la

medición de vibraciones, motores de las carcasas 160 a 355 recibieron áreas

ING. JAIME QUISPE PUMA 10

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

planas en sus extremidades visando proveer sitios específicos para el

posicionamiento de acelerómetros. Estas áreas están disponibles tanto en la
dirección vertical como en la horizontal. Además de estas áreas en la región de
la carcasa, la línea W22 también cuenta con superficies planas en la región de
las tapas, facilitando el posicionamiento del acelerómetro.

Niveles de Vibración
La vibración en una máquina eléctrica está íntimamente relacionada con su
montaje en la aplicación y, así siendo, es generalmente deseable la realización
de mediciones de vibración bajo las condiciones de instalación y operación. Sin
embargo, para permitir la evaluación de la vibración generada por la propia
máquina eléctrica de manera a permitir la reproducibilidad de las pruebas y
obtener medidas comparativas, es necesaria la realización de tales mediciones
con la máquina desacoplada, bajo condiciones controladas de prueba. Las
condiciones de pruebas y límites de vibraciones aquí descritos son aquellos
encontrados en la IEC 60034-14. La severidad de la vibración es lo máximo valor
de vibración encontrado entre todos los puntos y direcciones de medición
recomendados. La tabla abajo indica los valores de severidad de vibración
admisibles de acuerdo con la norma IEC 60034-14 para las carcasas IEC 56
hasta 400, para grados de vibración A y B. Los motores W22 son balanceados
dinámicamente con media llaveta y la versión estándar atiende a los niveles de
vibración del Grado A (sin requisitos especiales de vibración) descritos en la
norma IEC 60034-14. Como una opción, los motores pueden ser suministrados
en conformidad con el Grado B de vibración. La velocidad RMS y niveles de
vibración en mm/s de los Grados A y B están mostrados en la tabla.

ING. JAIME QUISPE PUMA 11

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Resistencia a Impactos

Los motores W22, en su configuración estándar (tapa deflectora de hierro gris)

atienden al índice de impacto IK08 - energía de impacto de 5 Joule de acuerdo
con la norma EN 62262 - Degrees of protection provided by enclosures for
electrical equipment against external mechanical impacts (IK code) lo que
garantiza elevada rigidez mecánica para las aplicaciones más severas.

Rotor jaula de ardilla

Los rotores de jaula pueden ser de distintos tipos que se distinguen

fundamentalmente por la forma de sus ranuras. Así, podemos hablar del rotar
normal de barra redonda, del rotor de ranura profunda, del rotor con barras en
forma de cuña y del rotor de doble barra o de doble jaula, como también se
llama.

Lo que se pretende conseguir con estos tipos especiales es una disminución de

las corrientes elevadas que proporcionan los motores de jaula en el momento
del arranque, circunstancia que es su principal defecto.

ING. JAIME QUISPE PUMA 12

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Los tres tipos especiales (ranura profunda, cuña y doble jaula) ofrecen la
particularidad de trabajar con barras cuya resistencia es mayor en la periferia del
rotor que en las capas más profundas.

La mayor resistencia de las zonas periféricas se debe a haber empleado un

material de mayor resistencia que en las capas profundas, o a haber dado a la
barra una sección decreciente. Con este reparto irregular de la resistencia se
consigue que la parte profunda sea más intensamente afectada por el flujo de
autoinducción, tanto por estar más rodeada de hierro (que concentra las líneas
de fuerza) como por verse rodeada (esta parte inferior que bien podemos
comparar con la barra interior del rotor de doble jaula) por su propio flujo y el que
le llega de la parte periférica (barra exterior en el caso de la doble jaula):

Cuando el inducido está todavía parado y conectamos el estator a la red, las

corrientes que afectan los conductores de este inducido tienen la misma
frecuencia que podemos medir en la línea. Por tanto, la autoinducción en el rotor
será muy elevada, lo que motiva una reactancia inductiva que es mayor donde
mayor es el campo. Esta circunstancia se da en las capas más profundas de los
conductores especiales o' en la doble jaula. En cambio, la parte exterior, a pesar
de ofrecer una autoinducción menor, presenta mayor resistencia óhmica,
resultando que en el arranque, la jaula tiene una gran resistencia, lo que hace
disminuir, como ya hemos dicho, las corrientes del stator. De eso se trataba.

ING. JAIME QUISPE PUMA 13

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

3 CAPITULO III
3.1 CALCULO DE LAS FUERZAS MAGNETOMOTRICES

 El número de polos

𝟏𝟐𝟎𝒙𝒇
𝒑= Ecu 1
𝒏

120 𝑥 60
𝑝= = 4.02 = 4
1790
ESTATOR
𝒉𝒑
 Calculamos el factor de 𝒙𝟏𝟎𝟑 para hallar la constante de salida C
𝒏
en la tabla para una ranura abiertas y que su tensión de trabajo es
menor a 600V

Figura 1. Constante de salida

[ 1]

ℎ𝑝 550
𝑥103 = 𝑥103 = 307.26
𝑛 1790

A partir de la figura, la constate de salida es:

𝐶 = 95 ∗ 104

ING. JAIME QUISPE PUMA 14

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

 Para la relación 1/r = 0.9; r = 1.5 para mejorar la eficiencia.

𝟑 𝑪∗𝒉𝒑∗𝒑∗𝒓
𝑫𝒐 = √ Ecu 2
𝒓.𝒑𝒎∗𝝅∗𝟎.𝟗

3 95 ∗ 104 ∗ 550 ∗ 4 ∗ 1.5

𝐷𝑜 = √ = 85.24 𝑐𝑚
1690 ∗ 𝜋 ∗ 0.9

 Diámetro en el entrehierro con r=1.5, para 4 polos y para tener alta

eficiencia

Figura 2. Relación Diámetro externo y Diámetro interno

[ 1]

𝑫𝒐
𝑫= Ecu 3
𝒓

85.24
𝐷= = 56.83 𝑐𝑚 ≈ 56 𝑐𝑚
1.5

 Calculamos el valor de la longitud “ l “

𝑪∗𝒉𝒑
𝒍= Ecu 4
𝑫𝒐 𝟐 ∗𝒏

95 ∗ 104 ∗ 0.9
𝑙= = 40.17 𝑐𝑚
85.242 ∗ 1790
 El valor de C1

ING. JAIME QUISPE PUMA 15

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Figura 3. Constante C1

[ 1]

𝐶1 = 1.95
 Para el valor de C1 calculamos el flujo por polo

𝒇∗𝒉𝒑
𝝋 = 𝑪𝟏 ∗ 𝟏𝟎𝟓 ∗ √ Ecu 5
𝟔𝟎

60 ∗ 550
𝜑 = 1.95 ∗ 105 ∗ √ = 4573.15 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑠
60

 Calculamos la tensión por fase

𝑽𝒍
𝑬𝒕 = Ecu 6
√𝟑

380𝑉
𝐸𝑡 = = 219.39𝑉
√3

 Calculamos el factor de distribución y tenemos

Grados eléctricos por ranura

180 × 𝑝
𝑔𝑝𝑟 = = 15°
𝑟𝑎𝑛

ING. JAIME QUISPE PUMA 16

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

𝑎𝑛𝑔𝑟 15
𝑠𝑒𝑛(𝑟𝑝𝑓 × 2 ) 𝑠𝑒𝑛(4 × 2 )
𝑘𝑑 = 𝑎𝑛𝑔𝑟 = = 0.9577
4 × 𝑠𝑒𝑛( 2 ) 15
4 × 𝑠𝑒𝑛( 2 )

 Calculamos el factor de paso:

Paso de bobina

𝑟𝑎𝑛
𝑝𝑏 = = 12
𝑝

𝑔𝑝𝑟 × 12
𝑘𝑝 = 𝑠𝑒𝑛 =1
2

 Calculamos conductores efectivos en serie por fase:

𝑬𝒕∗𝟎.𝟗𝟕∗𝟏𝟎𝟖
𝑵𝒌𝒑 𝒌𝒅 = Ecu 7
𝟐.𝟐𝟐∗𝒇∗𝝋

219.39 ∗ 0.97 ∗ 108

𝑁𝑘𝑝 𝑘𝑑 = = 34.94
2.22 ∗ 60 ∗ 4573155.37

 Paso Mínimo del Diente

A mayor número de ranuras para un diámetro dado, menor será el paso del
diente.
El ancho de las ranuras del estator es generalmente la mitad o poco menos
que la mitad del paso del diente en la circunferencia del entrehierro.
𝝅∗𝑫
𝝉𝒔𝟏 = Ecu 8
𝑺

𝜋 ∗ 56.83
𝜏𝑠1 =
48
𝜏𝑠1 = 3.72 𝑐𝑚

ING. JAIME QUISPE PUMA 17

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

 Número de Conductores por Ranura

El número de conductores por ranura deberá ser entero y par, para

devanados de doble capa, porque la mitad de los conductores por ranura
pertenecen al costado superior y la otra mitad, al costado inferior de la bobina
en la misma ranura y se calcula como.

𝑵𝑲𝒑𝑲𝒅∗𝒄∗𝑭
𝑵𝒓 = Ecu 9
𝑲𝒅∗𝑲𝒑∗𝑺

34.94 ∗ 2 ∗ 3
𝑁𝑟 =
0.96 ∗ 1 ∗ 48
𝑁𝑟 = 4.549
𝑁𝑟 = 6

 Conductores en Serie por Fase

𝑵𝒓∗𝑺𝒓
𝑵= Ecu 9
𝒄∗𝑭

6 ∗ 48
𝑁=
2∗3
𝑁 = 48

𝑐 = 𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜

 Flujo por polo

𝑬𝒕∗𝟎.𝟗𝟕∗𝟏𝟎𝟖
𝝋= Ecu 10
𝟐.𝟐𝟐∗𝒇∗𝑵𝑲𝒑𝑲𝒅

ING. JAIME QUISPE PUMA 18

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

219.39 ∗ 0.97 ∗ 108

𝜑=
2.22 ∗ 60 ∗ 48 ∗ 0.96 ∗ 1

𝜑 = 3467.1439 𝐾𝑖𝑙𝑜𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑠

 Densidad del Entrehierro

El valor de la densidad del entrehierro es:

𝝋∗𝟒
𝑩𝒈 = Ecu 11
𝝅∗𝑫∗𝑳∗𝟎.𝟔𝟑𝟕

3 436 143.9 ∗ 4
𝐵𝑔 = = 3008.5 𝐺𝑎𝑢𝑠𝑠𝑒𝑠
𝜋 ∗ 56.83 ∗ 40.17 ∗ 0.637

 Flujo total en el entrehierro

𝝋𝒕 = 𝝅 𝑫 𝒍 𝑩𝒈 Ecu 12

𝜑𝑡 = 𝜋 ∗ 56 ∗ 40.17 ∗ 3008.5
𝜑𝑡 = 21 261.3 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑠

 Densidad de corriente

Se puede asumir una densidad de corriente máxima en el devanado del

estator de 5 A/mm2 para q no sobrecaliente los cabezales y también puede
asumirse una densidad de corriente en los anillos de la jaula de 7 A/mm2 un
valor promedio puesto que si es mayor a 8 A/mm2 calententaria los
devanados del estatos por medio de radiación.
𝐴𝑎 = 5 𝐴/𝑚𝑚2
 Corriente del Estator por Fase

La corriente del estator por fase se calcula como.

𝑯𝑷∗𝟕𝟒𝟔
𝑰= Ecu 13
𝟑∗𝑬𝒕∗𝒆𝒇∗𝑭𝑷

ING. JAIME QUISPE PUMA 19

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550 ∗ 746
𝐼=
3 ∗ 219.39 ∗ 0.968 ∗ 0.86
𝐼 = 748 𝐴𝑚𝑝

 El área de la sección del conductor de armadura será

𝑎=2
𝑰
𝑺𝒂 = Ecu 14
𝒂 𝑨𝒂

748
𝑆𝑎 =
2∗5

𝑆𝑎 = 74.8 𝑚𝑚2

Figura 4. Calibre platina

 Las bobinas elegidas serán de platina

𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 = 20 𝑚𝑚
𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = 5 𝑚𝑚
𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 = 99.1 𝑚𝑚2

La densidad de corriente para este conductor rectangular es:

748 𝐴
𝐴𝑎 = = 3.77 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒
2 ∗ 1 ∗ 99.1 𝑚𝑚2

ING. JAIME QUISPE PUMA 20

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

 Calculamos el ancho de la ranura, no debera ser más que a mitad del

paso de diente.

𝜏1 = 3.72 𝑐𝑚
𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 = 60%(3.72) 𝑐𝑚
𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 = 2.2 𝑐𝑚

 Profundidad de la ranura

Figura 5. Profundidad de la ranura

[ 1]

𝑑𝑠𝑠 = 5 ∗ 𝑁𝑟 + 7.38 = 37.38 𝑚𝑚

Figura 6. Dimensiones de la ranura, y conductores

ING. JAIME QUISPE PUMA 21

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ROTOR
 Calculo de la distancia del entrehierro

Figura 7. Distancia del entrehierro en funcion del diámetro

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𝐷 = 56 𝑐𝑚
𝑝=4

𝛿 = 1 𝑚𝑚
 Diámetro del rotor

𝑫𝒓 = 𝑫 − 𝟐 ∗ 𝜹 Ecu 15

𝐷𝑟 = 56 − 2 ∗ 0.1
𝐷𝑟 = 55.8𝑐𝑚

ING. JAIME QUISPE PUMA 22

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 Numero de ranuras del rotor

𝑆𝑟 = 1.2 ∗ 48 = 57.6 = 58

 Sección total del cobre del estator

𝑺𝒄𝒔 = 𝑵 ∗ 𝒎 ∗ 𝒂 ∗ 𝑺𝒔 Ecu 16

𝑆𝑐𝑠 = 48 ∗ 3 ∗ 2 ∗ 99.1 = 28540.8𝑚𝑚2

 La sección del cobre del rotor se toma como 75% de la del estator

𝑆𝑐𝑟 = 0.75 ∗ 𝑆𝑐𝑠 = 21405.6 𝑚𝑚2

 El área de cada barra

𝑺𝒄𝒓
𝑺𝒃 = Ecu 17
𝑺𝒓

21405.6
𝑆𝑏 = = 369.06 𝑚𝑚2
58

Se usara barras de cobre de 25mm x 15mm que da una sección de 369 mm2

 Paso de diente del rotor

𝝅𝑫𝒓
𝒕𝟏𝒓 = Ecu 18
𝑺𝒓

𝑡1𝑟 = 2.92 𝑐𝑚
 Sección del anillo
𝟎.𝟑𝟐∗𝑺𝒄𝒓
𝑺𝒆𝒓 = Ecu 19
𝒑

0.32 ∗ 21405.6
𝑆𝑒𝑟 = = 1712.4 𝑚𝑚2
4
Se usara un anillo de cobre de 25 x 70 mm que da una sección de 1712.4 mm2

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 Ancho mínimo del rotor

𝝅(𝑫𝒓 −𝟐∗𝟐)
𝒘𝒕𝒓𝟐 = Ecu 20
𝑺𝒓

𝑤𝑡𝑟2 = 2.8 𝑐𝑚

 Para una densidad de flujo de 10800 Gauss en el yugo del rotor

𝝋
𝒅𝒚𝒓 = Ecu 21
𝑩𝒚𝒓 ∗(𝒍−𝒏𝒅∗𝒘𝒅)∗𝒌𝟏

𝑛𝑑 = 6 Numero de nucleos de ventilador

𝑤𝑑 = 1𝑐𝑚 Ancho del nucleo de ventilacio

3467.14 ∗ 103
𝑑𝑦𝑟 =
10800 ∗ (40.17 − 6 ∗ 1) ∗ 0.9
𝑑𝑦𝑟 = 10.44 𝑐𝑚

 Densidad en el yugo del rotor

3467.14 ∗ 103
𝐵𝑦𝑟 =
10 ∗ (40.17 − 6 ∗ 1) ∗ 0.9
𝐵𝑦𝑟 = 11274.15 𝑔𝑎𝑢𝑠𝑠

 Relación de abertura de armadura del estator a longitud del

entrehierro

2.2
= = 22
0.1

ING. JAIME QUISPE PUMA 24

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Figura 8. Relacion, Abertura de ranura respecto a la longitud de entrehierro

[ 1]

𝑦 = 3.8
 Coeficiente del entrehierro para las ranuras de estator
𝒕𝒔𝟏
𝒌𝒔 = Ecu 22
𝒘𝒕𝒔 +𝜹𝒚

3.72
𝑘𝑠 = = 0.95
3.5 + 0.1 ∗ 3.8
 Coeficiente del entrehierro para las ranuras de rotor

0.9
= =9
0.1
𝑦 = 3.1

𝒕𝒓𝟐
𝒌𝒓 = Ecu 23
𝒘𝒕𝒓 +𝜹𝒚

2.92
𝑘𝑟 = = 0.93
2.8 + 0.1 ∗ 3.1

ING. JAIME QUISPE PUMA 25

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3.1.1 Fmm en el entrehierro

𝑨𝑻𝒈 = 𝑩𝒈 𝜹 𝒌𝒔 𝒌𝒓 Ecu 24

𝐴𝑇𝑔 = 3008.5 ∗ 0.1 ∗ 0.95 ∗ 0.93 = 265.8 𝐴 − 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎

3.1.2 Fmm para el yugo del rotor

𝐵𝑡𝑟2 = 11274. 𝐺𝑎𝑢𝑠𝑠

Figura 9. Densidad de flujo máximo en el yugo

[ 1]

𝑎𝑡𝑦𝑟 = 4.1

𝟏
(𝑫𝒓 −𝟐∗𝟏.𝟒− ∗𝟎.𝟗)∗𝝅
𝟐
𝒍𝒚𝒓 = = 𝟑𝟗. 𝟖𝟓 Ecu 25
𝒑

ING. JAIME QUISPE PUMA 26

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

𝐴𝑇𝑦𝑟 = 4.1 ∗ 39.85 = 163.38 𝑇

3.1.3 Fmm para el yugo del estator

𝑘1 = 0.9 Factor de apilamiento (0.9 - 0.93)

𝜑𝑡
𝐵𝑡𝑠1 = = 5753.1 Gauss
𝑤𝑡𝑠1 ∗ (𝑙 − 𝑛𝑑 ∗ 𝑤𝑑) ∗ 𝑘1 ∗ 𝑆𝑠 ∗ 0.673

𝑎𝑡𝑦𝑠 = 2.1

𝟏
(𝑫𝒔 +𝟐∗𝟐.𝟑− ∗𝟏.𝟓)∗𝝅
𝟐
𝒍𝒚𝒔 = = 𝟒𝟕 Ecu 26
𝒑

𝐴𝑇𝑦𝑠 = 2.1 ∗ 47 = 98.7 𝑇

3.1.4 Fmm para los dientes del rotor

𝑘1 = 0.9 Factor de apilamiento (0.9 - 0.93)

𝝋𝒕
𝑩𝒕𝒓𝟐 = Ecu 27
𝒘𝒕𝒓𝟐 ∗(𝒍−𝒏𝒅∗𝒘𝒅)∗𝒌𝟏 ∗𝑺𝒓 ∗𝟎.𝟔𝟕𝟑

21261.3 ∗ 103
𝐵𝑡𝑟2 =
2.2 ∗ (40.17 − 6 ∗ 1) ∗ 0.9 ∗ 58 ∗ 0.673

Btr2 = 8050.75 Gauss

𝑎𝑡𝑡𝑟 = 2.8

𝟏
(𝑫𝒓 − 𝟐 ∗ 𝟏. 𝟒 − 𝟐 ∗ 𝟎. 𝟗) ∗ 𝝅
𝒍𝒚𝒓 = = 𝟑𝟗. 𝟖𝟓
𝒑
𝐴𝑇𝑦𝑟 = 2.8 ∗ 39.85 = 111.58 𝑇

ING. JAIME QUISPE PUMA 27

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3.1.5 Fmm para los dientes del estator

𝝋𝒕
𝑩𝒅𝒔𝟏 = Ecu 28
𝒘𝒕𝒔𝟏 ∗(𝒍−𝒏𝒅∗𝒘𝒅)∗𝒌𝟏 ∗𝑺𝒔 ∗𝟎.𝟔𝟕𝟑

𝐵𝑑𝑠1 = 6068.3 Gauss

𝑎𝑡𝑦𝑟 = 2.1

1
(𝐷𝑠 + 2 ∗ 2.3 − 2 ∗ 1.5) ∗ 𝜋
𝑙𝑑𝑠 = = 47
𝑝

𝐴𝑇𝑑𝑠 = 2.1 ∗ 47 = 98.7 𝑇

3.1.6 Fmm total

𝑨𝑻𝑷 = 𝑨𝑻𝒈 + 𝑨𝑻𝒚𝒔 + 𝑨𝑻𝒚𝒓 + 𝑨𝑻𝒅𝒔 + 𝑨𝑻𝒅𝒓 Ecu 29

𝐴
𝐴𝑇𝑃 = 738.1
𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎

ING. JAIME QUISPE PUMA 28

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

4 CAPITULO IV

4.1 CALCULO DE LOS PARÁMETROS DE LOS DEVANADOS

4.1.1 Resistencias de las bobinas

Resistencia por fase del devanado del estator

𝑺𝒓
𝑷= = 𝟏𝟐 Ecu 30
𝒑

𝑠 = 0.305
2𝑏 = 4.45

𝒘𝒔𝒔−𝒔
𝐬𝐢𝐧(𝜶) = = 𝟐𝟕. 𝟕 Ecu 31
𝒕𝟏𝒔

𝝅(𝑫𝒓 −𝒅𝒔𝒓)
𝑳𝒔 = 𝑷 + 𝟐𝒃 + 𝒅𝒔𝒓 + 𝒍 = 𝟒𝟕𝟕. 𝟓 Ecu 32
𝒑 𝐜𝐨𝐬(𝜶)

𝑳𝒔 𝑵𝒄 𝟐.𝟎𝟒
𝑹𝒔 = = 𝟎. 𝟏𝟕𝟔 𝑶𝒉𝒎 Ecu 33
𝟐 𝑺𝒔 ∗ 𝟏𝟎𝟒

Resistencia del rotor

La resistencia total de las barras de la jaula

𝑁𝑏 = 𝑆𝑅 = 44
𝑟 = 2.11
𝒍∗𝑵𝒃 ∗𝒓∗𝟏𝟎
𝑹𝒃 = = 𝟎. 𝟎𝟏𝟑 𝑶𝒉𝒎 Ecu 34
𝑺𝒃 ∗𝟏𝟎𝟒

La resistencia total de los anillos extremos

𝑫𝒄𝒓 = 𝑫𝒊 + 𝒅𝒚𝒓 = 𝟑𝟖. 𝟕𝟒𝟒 Ecu 35

𝟐𝝅∗𝑫𝒄𝒓 ∗𝒓∗𝟏𝟎𝟎
𝑹𝒂 = = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 𝑶𝒉𝒎 Ecu 36
𝑺𝒄𝒓 ∗𝟏𝟎𝟒

ING. JAIME QUISPE PUMA 29

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Resistencia del rotor en función del devanado del estator

Figura 10. Resistencia del rotor en función del devanado del estator

𝐾𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 = 1
𝒌𝒑 𝟐 ∗𝒌𝒅 𝟐 ∗𝑵𝟐 ∗𝒓 𝒍∗𝑵𝒃 𝟎.𝟔𝟒∗𝑫𝒄𝒓
𝑹𝑻 = ∗ (𝑺 + ∗ 𝑲𝒂𝒏𝒊𝒍𝒍𝒐 ) Ecu 37
𝟏𝟎𝟐 𝒃 ∗𝑵𝒃 𝑺𝒄𝒓 𝒑𝟐

𝑅𝑇 = 0.564 𝑂ℎ𝑚𝑠/𝑓𝑎𝑠𝑒

4.1.2 Reactancias del motor

Factor del estator

𝑑1𝑠 = 4.738 𝑐𝑚
𝑑2𝑠 = 0.05 𝑐𝑚
𝒅𝟏𝒔 𝒅𝟐𝒔
𝑭𝒔𝒔 = 𝒌𝒔 ∗ ( + ) = 𝟏. 𝟎𝟑𝟓 Ecu 38
𝟑∗𝒘𝒔𝒔 𝒘𝒔𝒔

ING. JAIME QUISPE PUMA 30

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Factor del rotor

𝑑1𝑠 = 0 𝑐𝑚
𝑑3𝑠 = 0.5 𝑐𝑚
𝒅𝟏𝒓 𝒅𝟐𝒓 𝒅𝟑𝒓 𝒅𝒔𝒓
𝑭𝒔𝒓 = ( + +𝟐∗ + ) Ecu 39
𝟑∗𝒘𝒔𝒓 𝒘𝒔𝒓 𝒘𝒔𝒓 +𝒘𝒕𝒓𝟐 𝒘𝒕𝒓𝟐 ∗𝟏𝟎𝟎

𝐹𝑠𝑟 = 1.246

La reactancia por fase de las ranuras del estator

𝑵𝒄 𝟐 ∗𝒎∗𝒇 𝟎.𝟕𝟗∗𝒍∗𝑲𝒔
𝑿𝒔𝒔 = ∗ ∗ 𝑭𝒔𝒔 Ecu 40
𝟏𝟎𝟕 𝑺𝒔

𝑋𝑠𝑠 = 1.189 𝑂ℎ𝑚

La reactancia por fase de las ranuras del rotor

Factor de paso y distribución del rotor

𝑘𝑝𝑟 𝑘𝑑𝑟 = 1
𝟐
𝑵𝒄 𝟐 ∗𝒎∗𝒇 𝟎.𝟕𝟗∗𝒍∗(𝒌𝒑𝒓 𝒌𝒅𝒓 ) ∗𝒌𝒓
𝑿𝒔𝒓 = ∗ 𝟐 ∗ 𝑭𝒔𝒓 Ecu 41
𝟏𝟎𝟕 (𝒌𝒑𝒓 𝒌𝒅𝒓 ) ∗𝑺𝒓

𝑋𝑠𝑟 = 3.685 𝑂ℎ𝑚

Reactancia de dispersión por conexiones extremas del estator

𝟐
𝑵𝒄 𝟐 ∗𝒎∗𝒇 𝟎.𝟑𝟐𝟔∗(𝒌𝒑 𝒌𝒅 ) ∗𝒌𝒓 𝒅𝒔𝒔
𝑿𝒔𝒄 = ∗ ∗ (𝟐𝒃 + 𝟎. 𝟓 (𝒇 + )) Ecu 42
𝟏𝟎𝟕 𝒑 𝟐

𝑋𝑠𝑐 = 3.874
Reactancia total por fase

𝑿𝑻 = 𝑿𝒔𝒔 + 𝑿𝒔𝒓 + 𝑿𝒔𝒄 = 𝟖. 𝟐𝟒 𝑶𝒉𝒎 Ecu 43

ING. JAIME QUISPE PUMA 31

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

4.2 CALCULO DEL EJE DEL ROTOR

D(cm) 10 20 30 40 50 a mas
𝑘𝑏 35 30 27 25 24

 Diámetro de la parte media del eje

𝑷
𝒅𝒄 = 𝒌𝒃 √𝒏 Ecu 44

550
𝑑𝑐 = 24 ∗ √
1790

𝑑𝑐 = 13.3 𝑐𝑚

4.3 PAR DEL MOTOR

𝑷
𝑴 = 𝟗𝟕𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝒏 Ecu 45

550
𝑀 = 97500 ∗
1790

𝑘𝑔
𝑀 = 29958.1
𝑐𝑚

5 CAPITULO V
5.1 DISEÑO Y CONSTUCCION DE BOBINADO

DATOS
Nº de ranuras K = 48
Nº de polos 2p = 4
Nº fases q = 3
Bobinado inbricado doble capa

ING. JAIME QUISPE PUMA 32

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

Calculo
Nº de grupo de bobinado

𝐺 = 2𝑝 𝑞 = 4 ∗ 3 = 12

Nº de ranuras por polo/fase

𝐾 48
𝐾𝑝𝑞 = = =4
2𝑝𝑞 4∗3

Paso de ranura

𝐾 48
𝑌𝑘 = = = 12
2𝑝 4

Paso de principios

𝐾 48
𝑌120 = = =8
3𝑝 3∗2

ING. JAIME QUISPE PUMA 33

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

BOBINADO

Figura 11. Bobinado del motor

ING. JAIME QUISPE PUMA 34

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

6 CAPITULO VI

6.1 DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN Y DE

ARRANQUE

6.1.1 Características de operación

𝑃 = 550𝐻𝑝
𝑉 = 380𝑉
𝐹𝑃 = 0.86
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 0.968

𝑉𝑓𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑙𝑙𝑎 = 219.39𝑉

550 ∗ 746
𝐼𝑓𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑙𝑙𝑎 = = 748 𝐴
3 ∗ 219.39 ∗ 0.968 ∗ 0.86

𝑉𝑓𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎 = 380𝑉

550 ∗ 746
𝐼𝐿𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎 = = 432.33 𝐴
3 ∗ 380 ∗ 0.968 ∗ 0.86

6.1.2 Características de arranque

Debido al valor elevado de la corriente de arranque de los motores de inducción,

el tiempo gastado en la aceleración de cargas de inercia elevada resulta en la
elevación rápida de la temperatura del motor. Si el intervalo entre arranques
sucesivos es muy reducido, llevará a un aumento de temperatura excesivo en el
devanado, dañándolo o reduciendo su vida útil. Las normas y IEC 60034-1
establecen un régimen de arranque mínimo ( S1 ) que los motores deben ser
capaces de realizar:
a ) Dos arranques sucesivos, siendo el primero hecho con el motor frío, es decir,
con sus devanados a temperatura ambiente, y la segunda a seguir, no obstante,
después de que el motor se haya desacelerado hasta el reposo
b ) Un arranque con el motor caliente, o sea, con los devanados a temperatura
de régimen
La primera condición simula el caso en que el primer arranque del motor es
malogrado, por ejemplo, por el apagado de la protección, permitiéndose un
segundo intento a continuación. La segunda condición simula el caso de un
apagado accidental del motor en funcionamiento normal, por ejemplo, por falta

ING. JAIME QUISPE PUMA 35

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

de energía en la red, permitiéndose retomar el funcionamiento tras el

restablecimiento de la energía. Como el calentamiento durante el arranque
depende de la inercia de las partes girantes de la carga accionada, la norma
establece los valores máximos de inercia de la carga para los cuales el motor
debe ser capaz de cumplir las condiciones de arriba. Los valores fijados para
motores de II, IV, VI y VIII polos están indicados en la tabla.

Figura 12. Momento de inercia J

a ) Los valores son dados en función de masa-radio al cuadrado. Los mismos

fueron calculados a partir de la fórmula:
𝐽 = 0.04 ∗ 𝑃0.9 ∗ 𝑝2.5
𝑃: 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝑘𝑊)

𝑝: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠

𝐽 = 0.04 ∗ 4000.9 ∗ 42.5

𝐽 = 49.71

7 CAPITULO VII
7.1 CÁLCULO TÉRMICO Y EL SISTEMA DE VENTILACIÓN Y
REFRIGERACIÓN

ING. JAIME QUISPE PUMA 36

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

8 CAPITULO VIII

8.1 PLANOS DEL ROTOR

ROTOR

ING. JAIME QUISPE PUMA 37

 DISEÑO DE UN MOTOR ASINCRONO 550 HP

9 BIBLIOGRAFÍA

[ 1 ] No hay ninguna fuente en el documento actual.

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ING. JAIME QUISPE PUMA 38