Simulación del Motor de Inducción: Deslizamiento y Par

tiempo físico

Arrastra para orbitar ·desplaza para hacer zoom · haz clic en cualquier pieza
Un solo reloj impulsa las formas de onda del rotor, el campo y la corriente.

Materiales industriales · acabado físicoHierro fundido pintado / cobre esmaltado / acero laminado
Los colores didácticos son superposiciones, no metal coloreado.

Fase UFase VFase WNSpolos del entrehierro

Campo B · corte transversal proyectado➜ corriente convencional

Construyendo el laboratorio de inducción

Geometría procedimental · estados eléctricos y mecánicos acoplados · sin red

Velocidad del rotor—rpm

Campo síncrono—rpm

Deslizamiento—%

Par electromagnético—N·m

Corrientes de fase instantáneas

120° de separación

Campo giratorio

ángulo eléctrico

Característica par-velocidad

modelo SI

Alimentación trifásica

CA sinusoidal equilibrada

Conectado en estrella · sin alimentación al rotor

Frecuencia de alimentación

Tensión entre líneas

Mantener V/f por debajo de la velocidad base

Carga mecánica

Par resistente del eje

Sin carga

Una carga de fricción suave se opone a cualquier sentido de giro.

Bloquear el rotornᵣ = 0

Experimentos de banco

El estado inicial es un punto de funcionamiento de 50 Hz ya establecido. Arranca desde el reposo para observar cómo se genera la inducción y acelera el rotor.

Corriente de fase del estátor: —
Frecuencia de la corriente del rotor: —
Potencia electromecánica: —
Tiempo simulado: —

A 1/25×, una alimentación real de 50 Hz se muestra a 2 Hz. Los valores de los instrumentos permanecen en unidades SI reales.

Mostrar el mecanismo

Líneas de campo magnéticotrayectorias cerradas

Flechas de dirección de corrienteinstantáneas

Etiquetas de polo magnéticono son imanes

Anotaciones de piezas

Ocultar el hierro del rotorexponer la jaula

Separación de inspección axial

Solo desplaza piezas para la inspección. El conjunto simulado permanece conectado.

Experimento de continuidad eléctrica

Desconecta las 28 barras del anillo del extremo de accionamiento. Con todas las ramas del rotor abiertas, la corriente inducida y el par electromagnético desaparecen en el modelo de conmutación ideal.

Centrar un subsistema

Haz clic en una pieza sólida del modelo para leer su construcción y su función. Usa los rayos X para inspeccionar componentes ocultos por el hierro o la carcasa.

Estudio de materiales y acabados

Superficies industriales, no un único sombreado metálico aplicado a cada componente.

Hierro fundido pintadoAcabado epoxi no metálico, grano de fundición y bordes redondeados.
Devanado de cobre esmaltadoBarniz ámbar y reflejos suaves de cobre; sin haces de cable coloreados por fase.
Laminaciones de acero eléctricoFinos bordes de paquete aislados; caras de acero troqueladas.
Jaula de aluminio fundido a presiónBarras gris plateado y anillos de cortocircuito con un acabado de fundición apagado.
Acero torneado y rectificadoBrillo de mecanizado direccional, superficies de rodamiento pulidas y fijaciones cincadas.
Aislamiento y elastómerosPolímero mate del ventilador, juntas de goma, aisladores de ranura y ataduras de devanado tejidas.

Inspección de superficie

Iluminación de estudio

Iluminación

Exposición

Microtextura de superficiealtura / rugosidad

Los materiales siguen una construcción industrial convencional de hierro fundido y jaula de aluminio. Las dimensiones y colores de superficie son aproximaciones visuales, no muestras medidas de un motor concreto. La iluminación y la microtextura no cambian el modelo eléctrico.

Modelo, ecuaciones y límites

Asíncrono, por construcción.

Tres devanados de CA distribuidos crean un campo giratorio de cuatro polos. El deslizamiento induce corriente en la jaula cerrada. El par electromagnético resultante acelera el rotor contra la carga y la fricción.

nₛ = 120 f / P
s = (nₛ − nᵣ) / nₛ
fᵣ = |s| f
J dωᵣ/dt = Tₑ − Tₗ − bωᵣ

La pantalla, las formas de onda eléctricas y el movimiento mecánico usan un único reloj físico ralentizado. A 1/25×, una alimentación real de 50 Hz se muestra a 2 Hz. Los valores de los instrumentos permanecen en unidades SI reales.

Ecuaciones eléctricas y mecánicas

El solucionador de estado usa un marco αβ estacionario de amplitud invariante. Las variables del rotor están referidas al estátor.

ψₛ = Lₛ iₛ + Lₘ iᵣ
ψᵣ = Lₘ iₛ + Lᵣ iᵣ
dψₛ/dt = vₛ − Rₛ iₛ
dψᵣ/dt = −Rᵣ iᵣ + j p ωᵣ ψᵣ
Tₑ = (3/2)p(ψₛα iₛβ − ψₛβ iₛα)

Integración de Runge-Kutta de cuarto orden con un paso máximo de 83,33 μs. P = 4 polos; p = P/2 = 2 pares de polos. Los valores de resistencia son por fase, referidos al estátor. Rₛ = 1,4 Ω; Rᵣ = 1,0 Ω; Lₘ = 180 mH; Lₗₛ = Lₗᵣ = 6 mH; J = 0,032 kg·m²; b = 0,003 N·m·s/rad.

Topología del devanado y de la jaula

24 ranuras, 4 polos, 3 fases: q = 2 ranuras por polo y fase. Un devanado de una sola capa contiene 12 bobinas, cuatro en serie por fase, conectadas en estrella. El paso completo de bobina es de seis ranuras (180° eléctricos). Se dibujan explícitamente seis vueltas continuas por bobina ilustrativa.

Lados U positivos: ranuras 1, 2, 13, 14. V: 5, 6, 17, 18. W: 9, 10, 21, 22. Cada lado negativo está seis ranuras más allá, módulo 24. Las franjas de fase avanzan U+, W−, V+, U−, W+, V−.

La jaula tiene 28 barras sesgadas 15° mecánicos y dos anillos continuos. Las flechas de corriente de barra usan el fundamental espacial de la corriente αβ del rotor. Las corrientes del anillo cumplen la continuidad nodal; su magnitud mostrada está normalizada, no es una medición calibrada de amperios por barra.

Qué significan las líneas de campo

El campo transversal se reconstruye a partir del flujo magnetizante calculado. Las líneas cerradas son contornos de A_z = F(r) sin(2θ), con permeabilidad por tramos en el hierro del rotor, el entrehierro, el hierro del estátor y el aire exterior. Las condiciones de interfaz se resuelven analíticamente; las flechas siguen B = ∇×A.

Es un modelo de campo circular de armónico fundamental con una lámina de corriente equivalente en el alma del estátor, no una solución por elementos finitos de cada diente. El corte se proyecta ligeramente por delante del núcleo para mayor visibilidad. Las etiquetas de polo indican la polaridad instantánea resultante del alma del estátor. Las líneas de campo regresan por el hierro; no hay imanes permanentes en el rotor.

Permeabilidad relativa esquemática del hierro: 400. La densidad de flujo absoluta no está calibrada en tesla. El entrehierro visible está ampliado. Los armónicos de ranura, el efecto de dispersión de los extremos, el detalle del campo de fuga y la saturación del hierro no se resuelven.

Experimentos y límites importantes

Alimentación abierta: circuito abierto ideal del estátor; el flujo del rotor decae y el eje se desliza libremente. Jaula abierta: cada barra se desconecta de un anillo, así que no queda ninguna trayectoria cerrada de corriente en el rotor. Bloqueo: una restricción mecánica externa fija el eje. Sincronismo: un servo externo impone la velocidad del campo; la corriente transitoria del rotor decae en vez de desaparecer al instante.

La apertura ideal proyecta a cero la corriente del devanado desconectado. La energía del arco, los transitorios de conmutación, el aumento de temperatura, la saturación, los efectos de barra profunda, el ruido acústico, el contacto elástico y las tolerancias mecánicas se omiten. La geometría es un conjunto de referencia educativo, no un motor comercial certificado dimensionalmente ni un simulador de dispositivos de protección.

La línea par-velocidad es la curva de régimen permanente del circuito equivalente con los mismos parámetros R/L. Durante los transitorios, el punto de funcionamiento en vivo puede apartarse de esa curva. La fricción a baja velocidad usa una transición suave con tangente hiperbólica; no es un modelo detallado de fricción estática.

Materiales físicos y renderizado

La carcasa y los escudos laterales usan pintura epoxi dieléctrica sobre hierro fundido. El devanado de cobre tiene un aspecto de esmalte/barniz, distinto de las fundas de fase coloreadas. Las barras del rotor y los anillos usan un acabado de referencia de aluminio fundido a presión. Los bordes expuestos del paquete de acero eléctrico, el acero rectificado, el latón, el cincado, los aisladores, el atado, el polímero del ventilador y la goma tienen respuestas de superficie independientes.

Sombreado metálico/rugoso GGX con reflejos metálicos direccionales, una aproximación de capa transparente, altura y rugosidad procedurales en el espacio del objeto, costuras de laminación filtradas, reflejos rectangulares analíticos de estudio y mapas de sombra filtrados. Esto no es trazado de rayos, renderizado espectral medido, identificación de materiales por elementos finitos ni un motor de producción escaneado.

La textura de grano y la placa de identificación se generan localmente. No se obtienen imágenes, tipografías, bibliotecas ni otros recursos externos. La placa de características está etiquetada como referencia educativa y no es una calificación de producto certificada.

Fuentes de referencia

Referencia de un software de simulación: máquina de inducción de jaula de ardilla — ecuaciones de enlace de flujo, tensión y par; modelado de marcos de referencia.

Biblioteca técnica de un fabricante de motores: el motor de inducción trifásico — inducción, deslizamiento, construcción de la jaula y comportamiento par-velocidad.

Biblioteca técnica de un fabricante de motores: principio de rotación del motor de inducción — corrientes inducidas en el rotor y par electromagnético.

Catálogo de un fabricante de motores: motor eléctrico trifásico industrial, páginas de construcción — bastidor de hierro fundido, jaula de aluminio, devanado impregnado, eje de acero, materiales del ventilador y de la placa de características. Este modelo no es una réplica de ningún producto.

Catálogo de un fabricante de motores: motores de rendimiento general — construcción de hierro fundido, devanado de cobre y pintura protectora.

Estas referencias se citan para ampliar la lectura. La exhibición en sí no necesita red.

Controles

Arrastrar: orbitar. Desplazar o pellizcar: hacer zoom. Arrastrar con el botón derecho o con Mayús: desplazar la vista. Clic en una pieza: inspeccionar. Con el modelo 3D enfocado: la barra espaciadora ejecuta o pausa, R restablece la cámara, X activa o desactiva los rayos X, F muestra la sección de campo, y Escape cierra la inspección y libera las teclas. Avanzar paso adelanta 1 ms de tiempo físico.

Autocomprobaciones numéricas

No hay ningún informe de autocomprobación en esta sesión.

Motor de inducción trifásico

Corrientes de fase instantáneas

Campo giratorio

Característica par-velocidad

En el número actual