MXPA06013408A

MXPA06013408A - Rotores de maquina de induccion con respuesta de frecuencia mejorada.

Info

Publication number: MXPA06013408A
Application number: MXPA06013408A
Authority: MX
Inventors: William B Duff Jr
Original assignee: William B Duff Jr
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2007-03-01
Also published as: JP2007538490A; WO2005114818A2; WO2005114818A3; US20050269892A1; WO2005114818A8; EP1751836A4; RU2006144743A; AU2005246821A1; CA2566977A1; KR20070047243A; BRPI0511329A; EP1751836A2

Abstract

La presente invencion se relaciona de manera general con el uso de dispositivo de almacenamiento de carga electrica en los rotores de maquinas de induccion; los requerimientos de campo electrico de rotor de una maquina de induccion optimos se incrementan con la velocidad rotacional e inversamente a la frecuencia; se utilizan metodos de ajuste de pseudocapacitancia y de otra capacitancia de frecuencia inversa para proporcionar la que se necesite y de esta manera mejorar los parametros de funcionamiento del rotor de la maquina de induccion; la optimizacion de la reactancia electrica es el fundamento para mejoras en la transferencia de potencia, momento de torsion, eficiencia, estabilidad, termodinamica, vibracion, termodinamica y duracion de cojinetes en maquinas de induccion rotacional; los metodos y disenos de rotor LC se establecen en la presente para obtener estos objetivos.

Description

ROTORES DE MAQUINA DE INDUCCIÓN CON RESPUESTA DE FRECUENCIA MEJORADA REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama prioridad de la solicitud de patente provisional de E.U.A. número de serie 60/571 ,975 intitulada "INDUCTION MACHINE ROTORS WITH IMPROVED FREQUENCY RESPONSE", presentada el 18 de mayo del 2004, la cual se incorpora en la presente como referencia.

CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona de manera general con el uso de dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica en rotores. En particular, la presente invención se relaciona con dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica tales como capacitores, en rotores de máquina de inducción para respuesta de frecuencia mejorada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La conversión de energía eléctrica a trabajo útil consume una gran cantidad de potencia eléctrica. Por lo tanto existen ventajas significativas en mejorar los parámetros operacionales de sus mecanismos de conversión de energía. El rotor es el punto final de carga eléctrica en la conversión de energía electromagnética a trabajo rotacional útil. La respuesta de frecuencia de los rotores hasta ahora ha presentado un gran reto y dificultad. Frecuencia de AC (corriente alterna): La mayor parte de las redes de generación, transmisión y distribución de potencia eléctrica AC opera a una frecuencia fundamental fija de 50 ó 60 hertzios. Otras frecuencias fundamentales están en uso, por ejemplo 25 y 400 hertzios. Las regiones típicamente se sincronizan y se fijan en fase a la frecuencia fundamental seleccionada. La generación de DC (corriente directa), la transmisión en los enlaces asincrónicos se utilizan para transferir potencia entre estas regiones. Cuando son deseables otras frecuencias o frecuencias variables para uso en lugares o aplicaciones específicas se pone en servicio un convertidor de frecuencia o dispositivo de frecuencia ajustable. El generador de motor establece y dota de potencia a los convertidores de frecuencia electrónica y los impulsores de velocidad ajustable son productos disponibles comúnmente con estas capacidades. Distorsión de frecuencia armónica: Las frecuencias armónicas y subarmónicas con frecuencia se superponen sobre la frecuencia fundamental. Para el caso de una frecuencia fundamental de 60 hertzios, las frecuencias segunda, tercera y cuarta armónica serían de 120, 180 y 240 hertzios. Las frecuencias problemáticas incluyen la quinta armónica y las armónicas triples tales como la tercera, novena y décima quinta armónicas. Las frecuencias subarmónicas incluyen las subarmónicas 1/2 (30 Hz) y 1/3 (20 Hz). La presencia de niveles significativos de frecuencias subarmónicas y armónicas y especialmente resonancias a estas frecuencias puede generar dificultades significativas para la operación confiable de la red y el equipo conectado. Muchas fuentes y cargas eléctricas producen o son sensibles a la distorsión armónica o subarmónica. Respuesta de frecuencia: Los componentes y sistemas eléctricos típicamente cambian en función, comportamiento y características en respuestas a las variaciones de frecuencia. Estas variaciones en el funcionamiento típicamente se grafican en forma de curvas de respuesta de frecuencia. La composición de los componentes y sistemas eléctricos con frecuencia se puede alterar para minimizar, maximizar, linealizar o aplanar su respuesta de frecuencia. La respuesta de frecuencia de un material o sistema dado es una consideración de diseño de ingeniería habitual. Los diseños eléctricos de amplificadores, altavoces, impulsores de frecuencia ajustables así como muchos otros dispositivos y sistemas eléctricos se enfocan principalmente en la respuesta de frecuencia del sistema. Se utilizan diversos modelos matemáticos, heurísticos y de circuito de complejidad para tomar en cuenta la variación de funcionamiento relacionada con la frecuencia de los componentes, subsistemas y sistemas. La respuesta de frecuencia es una consideración significativa incluso si los sistemas y dispositivos de frecuencia fija tales como las redes de potencia debido a la presencia de armónicas, subarmónicas, resonancias de dispersión y similares. Existen materiales, diseños, procedimientos e implementaciones para seleccionar, alterar y sintonizar respuestas de frecuencia. Capacitores: Los capacitores eléctricos son elementos de circuito eléctricos fundamentales bien conocidos que almacenan energía eléctrica en un campo eléctrico. Un tipo de capacitor común, el capacitor de placa plana está constituido de dos conductores eléctricos que están separados por un aislante eléctrico o material dieléctrico. La capacitancia de los capacitores eléctricos de tipo de placa plana típicamente se modela matemáticamente por el área de superficie de las placas (A), la distancia que separa a las placas (D) y las propiedades eléctricas del material dieléctrico (E), como se muestra en lo siguiente, en la ecuación 1 , intitulada fórmulas de capacitancia de placa plana. Existen dos tecnologías generalizadas de capacitor: no polarizada y polarizada. Se conocen mecanismos y métodos para el uso integrado de capacitores polarizados y no polarizados. Diversas tecnologías de capacitor eléctrico no polarizado común incluyen el papel tipo kraft, aceite de relleno y película metalizada. Varias tecnologías de capacitor polarizado comunes incluyen: material electrolítico, tantalio, supercapacitores, ultracapacitores y capacitores de capa doble. La corriente eléctrica genera voltaje en los capacitores y circuitos capacitivos.

ECUACIÓN 1 Fórmula de capacitancia de placa plana: - EA c — D Capacitores en la carga: Los capacitores de derivación operan principalmente como una fuente de corriente. Los capacitores en serie actúan principalmente como una fuente de voltaje. Por io tanto, se puede configurar topologías de capacitor híbridas para muchas necesidades de circuito.

Generalmente se reconoce que los beneficios significativos acumulan beneficios significativos a los sistemas eléctricos de AC en donde los capacitores en serie, en derivación e híbridos se localizan en o cerca del punto de la carga eléctrica. Los beneficios de estos capacitores con frecuencia tienden a disminuir con la distancia desde la carga.

Capacitores variables: Un método sencillo de variación de capacitancia es agregando capacitores adicionales en derivación (para aumentar) y en serie para disminuir capacitancia. Se puede ver claramente de la ecuación 1 que existen varios mecanismos por los cuales se puede hacer variar la capacitancia. Los sintonizadores de radiofrecuencia o radios típicamente son un capacitor variable que opera por medio del movimiento de un arreglo de superficies conductoras capacitoras en placa en paralelo en una alineación y superposición mayor o menor. Este mecanismo hace variar el parámetro de área de superficie (A) de la ecuación 1. También se puede alterar la capacitancia por una variación de la separación de placa (D). Existen diversos mecanismos adicionales para variación de los parámetros dieléctricos, por ejemplo insertando una lámina constante dieléctrica elevada (E) entre las placas de un conjunto de placas planas separadas por aire. La capacitancia en capacitores polarizados también varía de manera significativa con la temperatura de electrolito. Pseudocapacitancia: Ciertos capacitores eléctricos demuestran una disminución profunda en capacitancia con incrementos de frecuencia. Esto se puede indicar como: estas implementaciones de capacitor aumentan notablemente su capacitancia en respuesta a una disminución en frecuencia. Este fenómeno algunas veces se denomina como pseudocapacitancía. En la figura 1 , intitulada pseudocapacitancia se muestra una gráfica generalizada de capacitancia versus frecuencia en estos dispositivos. La pseudocapacitancia es más pronunciada en los capacitores polarizados tales como los capacitores de capa doble, los supercapacitores, ultracapacitores, capacitores de tantalio, capacitores de niobio y capacitores electrolíticos. La capacitancia de estos dispositivos se maximiza en o cerca de DC. Ocurre un fenómeno similar a frecuencias más altas debido a la inductancia de carga eléctrica. Aunque la forma de la curva de respuesta de frecuencia capacitiva generalizada de todos los dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica polarizada son similares, la respuesta de frecuencia de los otros parámetros eléctricos, tal como la resistencia, varían significativamente. La relación de frecuencia, capacitancia y resistencia algunas veces se denomina como la curva de factor de disipación.

Estos capacitores presentan una frecuencia auto-resonante a la cual el parámetro eléctrico predominante es resistencia. Por encima de dicha frecuencia, su comportamiento de circuito es de naturaleza un poco inductiva. En algunos casos, este fenómeno se puede caracterizar como un tiempo de relajamiento para almacenamiento y descarga de carga. En la literatura se han identificado diversos mecanismos para pseudocapacitancia que incluyen adsorción y pseudocapacitancia redox. La capacitancia en estos dispositivos también varía con la temperatura del electrolito. Cada tecnología de capacitor polarizada tiene su respuesta de frecuencia conocida. La respuesta de frecuencia generalmente incluirá variaciones en los parámetros de establecimiento de modelo matemático de capacitancia, inductancia y resistencia. Los parámetros de resistencia eléctrica de estas tecnologías también varían de manera significativa con la temperatura. Se pueden utilizar un conjunto paralelo de capacitores de características de frecuencia diferentes para adecuar la respuesta de frecuencia general deseada. La técnica de diseño se menciona como pulido. Inductores: La inductancia eléctrica y la construcción de inductores similarmente es un campo bien explorado dentro de la disciplina del electromagnetismo. Los inductores almacenan energía en un campo magnético. Los reductores, transformadores, electroimanes, motores y generadores son ejemplos comunes de inductores eléctricos. Los inductores reciben su nombre por la propiedad de las señales y fuerzas electromagnéticas que pueden ser inducidas a distancia en estos dispositivos por diversos medios conocidos. La inducción magnética típicamente se calcula matemáticamente como una función de frecuencia, material y distancia. La inducción se amplifica en gran medida en presencia de materiales ferromagnéticos tales como hierro, níquel y cobalto. Las aleaciones de estos materiales y muchos otros materiales mejoradores de inducción se utilizan habitualmente en diseños electromagnéticos. Las características eléctricas de los inductores típicamente se modelan matemáticamente por histéresis y curvas de pérdida. La corriente eléctrica se retrasa detrás del voltaje en inductores y circuitos inductivos. Histéresis y saturación: La relación entre el voltaje eléctrico de AC y la corriente en elementos de circuito magnético y en circuitos inductores que operan a una frecuencia y temperatura definidas es una función compleja la cual típicamente se describe por una curva de histéresis. Estas curvas son bien conocidas por aquellos expertos en el campo. La curva de histéresis típica es compleja pero generalmente se modela por una región lineal, una región de saturación suave y una región de saturación. Respuesta de frecuencia de inductores y capacitores: Los inductores y capacitores presentan un comportamiento que depende de la frecuencia. Por ejemplo, el almacenamiento de energía y las capacidades de acoplamiento inductor de los inductores aumentan con la frecuencia. Se requiere un incremento en la masa del inductor de aproximadamente 25% para convertir transformadores de 60 hertzios y motores superiores a servicio de 50 hertzios. Los inductores son una parte breve en las aplicaciones de DC y se enfocarán en circuitos abiertos a alta frecuencia. En contraste, los capacitores en un circuito abierto en DC y se aproximarán a un corto eléctrico a alta frecuencia. Reactancia: El parámetro eléctrico que establece una relación matemática en el comportamiento del circuito eléctrico de los inductores y capacitores a una frecuencia seleccionada es la reactancia de término. La reactancia eléctrica se relaciona con el voltaje de AC respecto a la corriente, de una manear similar a la resistencia eléctrica. La reactancia capacitiva y las reactancias inductivas pueden cancelarse entre sí dejando únicamente resistencia de circuito para relacionar el voltaje AC con la corriente AC. La reactancia eléctrica depende de la frecuencia. Por lo tanto, la reactancia inductiva tiende a aumentar con la frecuencia mientras que la reactancia capacitiva generalmente disminuye con la frecuencia. La reactancia capacitiva está indicada en la ecuación 2 a continuación como un cociente que incluye un numerador de 1 y un denominador constituido de una función de desplazamiento fasor de 90 grados (J), una frecuencia en radianes de 2Pi veces la frecuencia en hertzios y la capacitancia del capacitor ECUACIÓN 2 Reactancia capacitiva Xc =y- c JWC La reactancia inductiva está dada por la misma función JW multiplicada por la inductancia (L) del inductor como se indica en lo siguiente, en la ecuación 3. A partir de estas ecuaciones, es evidente que la respuesta de frecuencia de circuito de los inductores ideales y los capacitores ideales es totalmente opuesta. Por supuesto, el comportamiento de circuito exacto de los componentes eléctricos reales es un poco más complejo que estas aproximaciones de modelos matemáticos.

ECUACIÓN 3 Reactancia inductiva XL = JWL Factor de potencia: El factor de potencia es una herramienta matemática clásica para modelar circuitos eléctricos de AC. El factor de potencia se puede utilizar para relacionar el voltaje de AC, la corriente y el desplazamiento de fase angular a los watts generados o disminuidos por dicho circuito. Las cargas inductivas, las cuales comprenden el mayor granel de las cargas de la red eléctrica, se caracterizan por un factor de potencia de retraso. Las cargas capacitivas están caracterizadas por un factor de potencia delantero. Cuando las cargas inductiva y capacitiva están equilibradas exactamente, el circuito presentará un factor de potencia de unidad. En esta condición, el voltaje eléctrico y la corriente se encuentran fijas en fase juntas. Este equilibrio de reactancia eléctrica de magnitudes se muestra a continuación en la ecuación 4, intitulada condición de resonancia LC de serie ideal, la cual elimina la resistencia. La ecuación 5, intitulada igualdad de resonancia LC en serie, reformula esta relación de magnitud. Existen fórmulas análogas bien conocidas para resonancia en derivación ideal. Las series más complejas y las fórmulas de resonancia en derivación, y que incluyen los efectos de resistencia también son bien conocidos dentro del campo. Las fórmulas para resonancia híbrida y coasi-resonancia se pueden derivar o modelar.

ECUACIÓN 4 Condición de resonancia LC de serie ideal ECUACIÓN 5 Igualdad de resonancia de la serie LC - - = JWL JWC Teorema de transferencia de potencia: Es bien sabido por aquellos expertos en el campo que la transferencia de potencia eléctrica AC se optimiza en un factor de potencia de unidad. Esto sucede cuando la reactancia inductiva iguala a la reactancia capacitiva. Esto se describe en diversas formas de escribir el teorema de transferencia de potencia. De manera similar, la resonancia eléctrica y la coasi-resonancia son fenómenos eléctricos bien explorados. Las fuerzas desatadas en fenómenos relacionados con resonancias aproximan al infinito. Por supuesto la resistencia, las pérdidas y el trabajo sirven para amortiguar estas fuerzas en dispositivos realizables. Estos sujetos se encuentran habitualmente y se utilizan en la transmisión, distribución y conversión de potencia eléctrica. Una condición general de factor de potencia de unidad o resonancia en circuitos eléctricos sencillos es que la reactancia inductiva sea igual a la reactancia capacitiva. Dado que la mayor parte de las cargas eléctricas útiles son inductivas, los capacitores típicamente se agregan a la rejilla eléctrica para aumentar el factor de potencia y de esta manera maximizar la transferencia de potencia eléctrica a la carga. La transferencia de potencia generalmente se maximiza cuando la fuente y la carga son conjugados complejos entre si. Transformadores: La corriente AC en un conductor es bien sabido que provoca o induce una corriente de AC de la misma frecuencia en un conductor cercano. Este tomará la forma en el vacío, aire o a través de un aislante. Cuando un alambre sin potencia está adyacente y paralelo a una línea de potencia, se observa este fenómeno. Esto sucede comúnmente cuando, por ejemplo, una línea telefónica u otro conductor corren directamente debajo de un alambre monofásico de una línea de utilidad de potencia. El alambre de teléfono convencional, el cual típicamente tiene potencia para tal vez 48 voltios DC, gradualmente incrementará en voltaje AC conforme se incremente la longitud de la trayectoria paralela. La compañía telefónica alterna sus líneas en lados opuestos del polo de utilidad para evitar el seguimiento de un conductor de fase única sobre trayectorias paralelas largas. De manera similar, la compañía de suministro de energía entrelaza secuencialmente los conductores de fase para minimizar este efecto.

Este procedimiento de inducción aumenta en gran medida en presencia de hierro, cobalto, níquel y otros materiales ferromagnéticos. La acción transformadora se basa en esta inducción. En un transformador de voltaje, se enrollan dos conductores alrededor de un núcleo magnético en una proporción fija de vueltas. El núcleo magnético puede ser sólido o estar constituido de placas delgadas intercaladas en forma de una ventana. Los conductores con frecuencia se enrolan alrededor de postes opuestos del núcleo transformador. Un conductor de voltaje bajo tiene pocas vueltas de alambre de diámetro grande. El lado de voltaje alto del transformador tiene muchas vueltas de un conductor de diámetro más pequeño. Uno de los conductores se conecta a una fuente de potencia AC. La otra línea conductora después se energizará por inducción magnética a un voltaje AC que está muy cercano a la proporción de su número de vueltas dividido entre el número de vueltas del conductor conectado a la fuente de potencia. La etapa de disminución de transformador de voltaje se utiliza habitualmente para transferir potencia eléctrica desde líneas de distribución de alto voltaje a niveles de voltaje casero menores y comunes, más seguros. El procedimiento de inducción también se puede alterar y controlar mediante el uso de ciertos materiales magnéticos tales como Monel y aleación de níquel-hierro-molibdeno. Reductores: Un reductor eléctrico típicamente está constituido de un núcleo de hierro con un conductor único enrollado alrededor del mismo. Los reductores eléctricos generalmente incluyen una separación abierta en vez de un núcleo continuo tal como lo que se utiliza en los transformadores. La separación puede ser aire o se puede rellenar con un material aislante eléctrico denominado comúnmente como material dieléctrico. El reductor tiene ciertos efectos eléctricos bien documentados los cuales se utilizan comúnmente en diseños de circuito eléctrico. La forma del núcleo, el material y la distancia de separación de aire figuran de manera prominente en las propiedades eléctricas y magnéticas del reductor. En algunas configuraciones, este tipo de dispositivo se puede diseñar para uso como un electroimán. Otros diseños de reductor se utilizan comúnmente en aplicaciones de filtro eléctrico. Otros productos eléctricos útiles, que incluyen motores eléctricos, se diseñan utilizando núcleos magnéticos enrollados de conductor que deliberadamente incluyen una separación de aire. Máquinas eléctricas: Casi todas las máquinas eléctricas se basan en el aprovechamiento de dos fenómenos básicos: la fuerza ejercida sobre una corriente eléctrica en un campo magnético y la fuerza producida entre estructuras ferromagnéticas que presentan un flujo magnético. En la mayor parte de la maquinaria giratoria, el momento de torsión se ejerce principalmente sobre el núcleo de hierro del rotor y únicamente se ejerce un momento de torsión pequeño directamente sobre la bobina. Motores y generadores: En general, el procedimiento de conversión de energía de motores y generadores eléctricos es reversible pero con pérdidas y curvas de histéresis. Operan por medio del fenómeno de inducción, en donde el estator induce fuerzas electromagnéticas en el rotor cuando actúa en el modo de motor. Existen varias máquinas de fuerza electromotriz útiles que incluyen motores lineales y giratorios. Los motores giratorios vienen en numerosos tipos los cuales incluyen un lado fijo mecánicamente denominado estator y un miembro giratorio denominado como el rotor. El lado estator y el motor de inducción de AC generalmente recibe energía por AC o DC conmutadas, lo que induce fuerzas electromotrices y potencia en el rotor y provoca la rotación. Inversamente, cuando el rotor es impulsado mecánicamente, estos dispositivos tenderán a generar electricidad y por lo tanto actúan en el modo de generador. Máquinas giratorias sincrónicas y asincrónicas: Los motores de AC generalmente son de tipo sincrónico o asincrónico. Los motores sincrónicos giran exactamente a la frecuencia de fuente aumentada por la cuenta de par de polo, mientras que los motores asincrónicos presentan una velocidad menor caracterizada por la presencia de deslizamiento. Los rotores de máquina de inducción asincrónica convencionales generalmente son de construcción de jaula de ardilla o de construcción de rotor enrollado. Conforma el rotor de un motor asincrónico se aproxima a la velocidad del campo magnético giratorio, disminuye la frecuencia de la electricidad inducida en el rotor. En el límite la velocidad sincrónica se aproxima es DC. Dado que no se genera momento de torsión para un motor asincrónico que opera a esta velocidad sincrónica. Tipos de rotor convencional: Los dos diseños convencionales más comunes para motores de inducción AC incluyen la jaula de ardilla y los tipos de rotor enrollado. La flecha, el núcleo de hierro y la mayor parte de las barras conductoras de rotor se omiten del dibujo sencillo en la figura 2. Aunque no se presenta una jaula de ardilla real dentro de los motores de inducción de AC, el rotor de jaula de ardilla tiene una forma familiar. La construcción de máquinas de inducción de AC de rotor enrollado similarmente es bien conocida por aquellos expertos en el campo. Otros tipos de rotor tales como los rotores de DC y los rotores sincrónicos también son muy familiares para los expertos en el campo. Campo magnético revolvente: La producción de un campo magnético giratorio utilizando corrientes eléctricas es la base para la máquina de inducción inventada por Nicola Tesla en 1883. Se establece con facilidad un campo magnético giratorio o revolvente en el estator de motores trifásicos. Los motores que operan con electricidad monofásica generalmente deben crear un campo magnético giratorio por otros métodos de diseño conocidos. Un polo sombreado, un capacitor de corrida y motores de arranque de capacitor son diseños de estator relativamente bien conocidos para inducir un campo magnético revolvente en una máquina de inducción que opera con un suministro de potencia monofásico. Se conocen métodos para operar motores de inducción trifásicos a partir de fuentes monofásicas. Velocidad del motor: La velocidad rotacional de los motores AC de inducción es una función del número de pares de polos eléctricos, carga relacionada con deslizamiento y la frecuencia eléctrica. Los motores sincrónicos impulsados a 60 hertzios girarán a 60 revoluciones por segundo o 3600 rpm con un par único de polos (1 PP) o con polos adicionales, 1800 (2PP), 1200 (3PP), 900 (4PP), y así sucesivamente. Los motores de AC asincrónicos impulsados con la misma frecuencia se deslizarán a velocidades de carga nominales en el orden de 3580 rpm, 1752 rpm y similares. Los impulsores de velocidad ajustable y dispositivos similares generalmente conectan un convertidor de frecuencia a un motor de inducción. Por variaciones apropiadas de la frecuencia y el voltaje o corriente del impulsor, se hace variar la velocidad rotacional y/o el momento de torsión del rotor. El impulsor puede ser capaz de operar sobre una amplia gama de frecuencias y por lo tanto de velocidades rotacionales. Frecuencia del rotor: La frecuencia eléctrica que circula en el rotor de los motores de inducción de AC varía con la velocidad rotacional del rotor. Conforme el rotor aumenta la velocidad o aceleración rotacional, comienza a disminuir la frecuencia acoplada del estator. La frecuencia predominante observada por un rotor que gira a la mitad de su velocidad sincrónica diseñada estará en el orden de la mitad de la frecuencia a la que el estator está conectado. Cuando el rotor está girando a tres cuartos de la velocidad sincrónica de frecuencia del voltaje de rotor y la corriente es aproximadamente un cuarto de la frecuencia fundamental. Cuando el estator está conectado a una fuente de 60 Hz, la frecuencia eléctrica del rotor puede variar desde una cantidad tan baja como 0.3 Hz en máquinas grandes hasta 3 Hz en máquinas más pequeñas.

Conforme el rotor se aproxima a la velocidad sincrónica, la frecuencia de corriente eléctrica en el rotor se aproxima a DC. Dado que la inducción es una función de la frecuencia eléctrica, no se produce inducción a DC. Por lo tanto, un motor de inducción de AC no puede producir un momento de torsión alguno cuando está girando a velocidad sincrónica. De manera similar, un generador de inducción no puede producir potencia eléctrica alguna cuando está girando a velocidad sincrónica. El motor/generador sincrónico opera a velocidad sincrónica por un mecanismo introducido por Tesla. No obstante, como se establece, el motor/generador de inducción AC es funcionamiento inútil a esta velocidad. Deslizamiento: La proporción de la frecuencia del rotor respecto a la frecuencia del estator es el deslizamiento. No obstante, el deslizamiento de motor con frecuencia se expresa en forma de porcentaje. El deslizamiento se maximiza en el momento de acoplamiento y disminuye conforme acelera el motor. El deslizamiento sobre el intervalo de operación del motor es el objeto del diseño de motor. A una velocidad sincrónica el deslizamiento del motor es cero. Con un momento de torsión alto disponible comercialmente, un motor de deslizamiento alto puede presentar una carga dependiente del intervalo de deslizamiento, desde 5% a 8% o mayor. Eficiencia y estructuras de velocidad eléctricas: Existen diversas definiciones de eficiencia de conversión electromecánica para motores, lo cual puede comparar la potencia de salida mecánica respecto a la entrada de potencia eléctrica. Algunas mediciones simplificadas toman únicamente en consideración los watts eléctricos. Las fórmulas más generales incluyen los amperios de voltaje que se requieren para operar el motor. Esta medición más amplia se denomina como la eficiencia VA. Otras fórmulas toman en consideración la distorsión armónica y otras alteraciones eléctricas. Por lo tanto, se ha vuelto sistemático para los usuarios industriales seleccionar sistemas de potencia motriz y otra conversión de energía con un ojo en la factura de utilidades. Diseños de motor estator LC: Los capacitores eléctricos se han incorporado en los diseños de estator AC de fase única durante más de 80 años. Estos tipos de motor clásicamente incluyen el arranque de motor, la corrida de motor y los diseños de arranque de motor/corrida de motor. En general, estos estatores de motor LC monofásicos han estado constituidos de dos enrollados. Un enrollado está conectado directamente a la fuente eléctrica y el otro está conectado a la fuente a través de un capacitor. Se han desarrollado con los años diversos sistemas de bobinado de estator monofásico. Los motores Wanlasss y Smith son dos ejemplos notables los cuales proporcionan incrementos en factor de potencia, momento de torsión, eficiencia, duración de apoyo y similares. Los capacitores de inicio se agregan regularmente a motores en fase única de requerimiento de momento de torsión grande y alta. Momento de acoplamiento: En el momento de acoplamiento y en condiciones de rotor inmovilizado, el rotor se enlaza o acopla magnéticamente en su mayor grado al estator por inducción magnética. En el momento de acoplamiento, este acoplamiento inductor se encuentra en la frecuencia fundamental del suministro de potencia. Las corrientes de invasión magnetizantes y las corrientes de inicio de motores de inducción retrasan profundamente el voltaje fuente. Las corrientes de retraso asociadas con las corrientes de invasión y de inicio magnetizantes son mucho mayores que las corrientes de carga completa del motor. Este bajo factor de potencia requiere una gran fuente de VAR magnetizantes para arrancar el motor. Estas VAR magnetizantes generalmente se proporcionan por generadores sincrónicos en red. Los requerimientos de VAR en estado estable y transitorio también se pueden proporcionar por bancos de capacitor a lo largo de la red o por otros medios conocidos. Estos bancos de capacitor de red se pueden distribuir en derivación, en serie o configuraciones híbridas. Medición y cálculo de los parámetros eléctricos de motor: Uno puede fijar un rotor en su lugar y reducir el voltaje de fuente en el orden de un cuarto a un tercio del voltaje nominal con el fin de llevar a cabo ciertas pruebas eléctricas y determinar parámetros de motor. Otras pruebas eléctricas se llevan a cabo al alterar la velocidad del rotor a partir de la velocidad sincrónica a la carente de carga y de manera progresiva y ascendente hasta carga completa, la carga de factor de servicio y la carga de momento de torsión de desconexión. Otras pruebas eléctricas de estator se pueden llevar a cabo retirando el rotor. El impulsor de velocidad ajustable, los parámetros eléctricos que dependen de la frecuencia pueden requerir sustancialmente más características de funcionamiento.

Diseños de motor LC monofásicos: Los usos anteriores de capacitores en aplicaciones de motor de inducción de AC generalmente han involucrado conexiones eléctricas al estator. Estas se pueden caracterizar como inductor/capacitor o diseños de estator LC. Ha habido un número de tales diseños de motor y patentes que incorporan capacitores en diseños de estator monofásicos. Estos diseños incluyen, pero no se limitan al capacitor de división permanente, los diseños de Cravens Wanlass y JM Smith los cuales están caracterizados razonablemente como motores de inducción de servicio monofásicos de alta eficacia VA. Por lo tanto presentan un factor de potencia alto y una buena eficiencia de conversión de watts a HP eléctricos. La eficiencia VA se puede calcular como el producto de esos dos parámetros, en forma decimal. En la figura 3 se muestra un estator capacitor dividido permanente clásico. El estator se conecta a una fuente monofásica y produce una aproximación de un campo magnético revolvente bifásico por medio del desplazamiento de fase entre la rama únicamente inductora a la derecha, y la serie de ramas inductoras/capacitoras a la izquierda. Este estator puede ser diseñado más específicamente para diversos propósitos. Un objetivo común es obtener una condición coasi-resonante de estator total en o cerca de la carga operacional en donde se tienen picos de eficiencia. Este y otros objetivos de diseño involucran determinar el tamaño del capacitor y los inductores de maneras conocidas. Cuando se requiera un momento de torsión de arranque adicional, se utiliza un capacitor de arranque en derivación con el capacitor (de corrida) permanente. Motores de inducción monofásicos Wanlass: El motor monofásico Wanlass generalmente es una variación del estator de capacitor dividido permanente que se muestra en lo anterior. Los motores Wanlass también están constituidos generalmente de dos enrollados estatores, pero de convención de puntos opuesta, los cuales se pueden conectar en un extremo del sistema neutro o de electrodo común. Un capacitor de corrida se conecta en serie con un enrollado. El capacitor y el enrollado de estator remanente después se conectan al electrodo vivo del sistema. Este diseño de motor monofásico utilizando ampliamente presenta una dirección rotacional definida. Se puede invertir la dirección rotacional mediante una reconexión externa sencilla. En la figura 4 se muestra un diseño generalizado de un estator Wanlass. El desplazamiento de corriente ideal para los dos enrollados de dichos motores eléctricos monofásicos es de 90 grados. Esto puede proporcionar un momento de torsión máximo. En la mayor parte de los casos, se informa que las corrientes de motor Wanlass están desplazadas en aproximadamente 60 grados a 70 grados entre sí, típicamente a 67 grados. Este desplazamiento variará en cierta medida con la carga. Esta separación angular imparte una vibración mecánica definida de 120 Hz a este tipo de motor. Estos motores también tenderán a presentar un retraso, unidad o factor de potencia delantero en respuesta a una carga diversa, un voltaje y variaciones en los componentes. No es la intención aquí describir completamente estos sistemas de motor ampliamente diseminados, con detalle. Motores de inducción de J.M. (Otto) Smith: El motor Smith generalmente involucra una conexión compleja de un motor trifásico de 12 electrodos relativamente estándar a un suministro de potencia monofásico. Los 12 electrodos de motor generalmente se conectan de diversas maneras conocidas para formar dos semimotores. Por lo menos dos electrodos están generalmente conectados a los alambres tanto vivo del sistema como común. Los electrodos restantes del motor generalmente se conectan de una manera cruzada definida entre si con ciertas conexiones a través de uno o más capacitores eléctricos. Cuando se desea un momento de torsión de arranque adicional, los diseños de motor de Smith utilizan uno o más capacitores de arranque de una manera conocida. Cuando se seleccionan apropiadamente los valores del capacitor, las corrientes de estator de Smith se balancean y se separan por aproximadamente 120 grados. Por lo tanto, en operación de carga completa, los diseños de estator de Smith presentan vibraciones mecánicas mínimas de 120 Hz. Típicamente también funcionarán en o cerca de la eficiencia nominal del motor para condiciones de voltaje trifásica. Los diseños de motor de Smith presentan un factor de potencia delantera y se pueden utilizar para operar motores satélites trifásicos adicionales. La totalidad del sistema después puede ser operado en o cerca del factor de potencia unitario. No se pretende describir completamente las configuraciones de los motores Smith.

Bancos de capacitor trifásicos: Algunas veces los capacitores se colocan en servicio trifásico para corregir el factor de potencia y para proporcionar los requerimientos de VAR de las cargas locales. Los bancos de capacitor también se pueden utilizar para proporcionar una corriente de invasión VAR magnetizante, momento de torsión de arranque y requerimientos de factor de potencia de motores y sistemas trifásicos. Existen efectos indeseables bien conocidos relacionados con el uso de estos bancos capacitores. Por ejemplo, las resonancias armónicas y subarmónicas de dispersión con frecuencia se encuentran en instalaciones de capacitores en derivación y en serie en la red. Además, cuando está presente el comportamiento de circuito compensador de motor, una desconexión de circuito corriente arriba desde un banco capacitor en derivación puede producir una condición de sobrevoltaje transitorio destructivo. Esta condición de sobrevoltaje puede persistir en la salida de voltaje en una fase. No obstante la reducción de pérdida eléctrica del sistema, la mejora en la regulación y los ahorros en costo de combustible de generador han motivado una gran cantidad de bancos de capacitancia fija y variable en redes eléctricas. Diseños de estator trifásicos: Existe una necesidad significativa por incrementar la eficiencia VA de la red, la regulación de voltaje y otros factores deseables mediante el uso de capacitores. Como un resultado, se han introducido muchos de los diseños de motor de inducción que incorporan capacitores en el estator. Estos diseños incluyen los diseños de estator LC trifásicos Hobart, Wanlass y Roberts. 1. La figura 11 es un esquema de un diseño de estator Hobart trifásico de inducción de AC. La figura 12 es un esquema del diseño de estator Wanlass de la técnica anterior. La figura 13 es un esquema del diseño de estator Robert de la técnica anterior. Estos motores han sido estudiados ampliamente en la literatura. Los diseños, características, ventajas y limitaciones de estos diseños están bien documentadas, aunque en algunos casos aún existen debates poco fuertes. Las diversas formas cerradas y herramientas de modelado matemático numérico del estator existente, la separación de aire y los diseños de rotor están muy avanzados. Una desventaja fundamental de los motores monofásicos y trifásicos existentes es la frecuencia de ancho de banda relacionado. La frecuencia magnética y eléctrica del rotor disminuye conforme acelera el motor. Por lo tanto, cuando se requiere un momento de torsión de arranque significativo, se requieren por lo menos dos valores de capacitor en funcionamiento y un capacitor de arranque. La operación en estado estable sobre un intervalo de 0 hasta carga completa puede requerir un número incluso mayor de valores de capacitor. Existe un reto significativo en optimizar el factor de potencia, la eficiencia y por lo tanto la eficiencia VA de máquinas inductoras sobre una amplia gama de cargas. Este reto se complica más por la operación del modo de generación y el servicio del motor/generador alternado. Finalmente, el uso de dispositivos electrónicos de potencia con frecuencia ajustable con máquinas de inducción para formar impulsores de frecuencia variable o de frecuencia ajustable (ASD) incrementa más el reto. El ancho de banda de los ASD puede variar desde una fracción de 1 hertzio hasta varios cientos de hertzios. El estilo de modulación de anchura de pulsos (PWM) y los impulsores de velocidad ajustable similares en general tienen una corriente eléctrica de estator sinusoidal cuando se conectan a motores de inducción. No obstante, el voltaje presenta picos de magnitudes momentáneamente altas. Los picos de voltaje alto general problemas de soporte en motores de inducción. Los picos de voltaje alto de PWM pueden producir una perforación sobre el soporte y la carrera. Esto acelera el fin de la vida útil del motor. Los diseños de estator LC existentes y otros arreglos de circuito de capacitor de motor asincrónicos presentan un grado de autoexcitación eléctrica. Los requerimientos de capacitancia de un motor convencional se reducen en gran medida, pero varían en cierta medida entre la velocidad a la carga nominal y a velocidad sin carga. Cuando el rotor físicamente está ausente o se acelera a una velocidad sincrónica, la capacitancia que se requiere para corregir el factor de potencia del estator aún es menor. Para proporcionar requerimientos de corriente de momento de torsión de arranque de motor y una corrección del factor de potencia en estado estable, se requieren un capacitor de arranque grande y un capacitor de funcionamiento más pequeño. Esta heurística bien conocida para los requerimientos de capacitancia de motor de inducción AC invalida casi por completo al rotor mismo. Es bien sabido que las limitaciones a las capacidades del motor de inducción generalmente se relacionan de manera ferromagnética en vez de relacionarse con el conductor. Además, con los materiales avanzados tales como los superconductores y los materiales magnéticos de alta intensidad y ferromagnéticos, la respuesta de frecuencia de las máquinas inductoras se vuelve incluso más crítica. En la figura 21 se muestra la construcción general del motor. El rotor se modifica por la presente invención. Se han agregado capacitores a la trayectoria eléctrica en por lo menos parte de los conductores de rotor. Estos capacitores se localizan eléctricamente en los extremos de los apilados de laminación de hierro. Físicamente también se encuentran localizados cerca de los extremos de las laminaciones de hierro del rotor. El rotor es la parte giratoria del motor eléctrico. Los motores contienen una jaula de ardilla o un rotor bobinado. Al igual que el estator, los rotores se construyen de un núcleo bobinado con alambre suave, pero con la adición de una flecha y cojinetes. La flecha y los cojinetes están soportados por capas de extremo las cuales permiten que el rotor gire. Los rotores de jaula de ardilla presentan una apariencia muy parecida a las ruedas para hacer ejercicio de los hámster. Ese es el motivo por el que adquieren su nombre. El rotor se elabora con barras conductoras de metal suave tal como cobre, bronce o aluminio distribuido en un patrón cilindrico alrededor de la flecha. El tamaño, forma y resistencia de estas barras influye en gran medida en las características de los motores que las usan. Véase la figura 22.

Las barras están soportadas en cada extremo por anillos los cuales también funcionan para poner en cortocircuito a las barras. De esta manera se proporciona un circuito completo dentro del motor. El campo magnético del estator induce un campo magnético opuesto en las barras de rotor de jaula de ardilla. El rotor comienza a girar dado que las barras son repelidas por este campo. Con frecuencia denominados como el "caballo de trabajo de la industria", los motores de inducción de jaula de ardilla son baratos y confiables. Son adecuados para la mayor parte de las aplicaciones y están disponibles con facilidad de los proveedores. El rotor bobinado funcional con el mismo principio que la jaula de ardilla, pero se diseña de manera diferente. Véase la figura 23. El rotor bobinado se construye de bobinados, en vez de barras en corto, las cuales terminan en anillos de deslizamiento sobre la flecha. La unión de la resistencia externa a los anillos de deslizamiento y por lo tanto al circuito rotor vuelve posible la variación de las características de momento de torsión-velocidad del motor. Se puede obtener una variación en el intervalo de velocidad de aproximadamente cinco a uno mediante la adición de resistencia externa. No obstante, este es un gasto de eficiencia eléctrica a menos que se utilice un circuito de recuperación de energía de deslizamiento. Véase la figura 24. El momento de torsión máximo que puede producir un motor de rotor bobinado depende del diseño del rotor. La velocidad a la cual se desarrolla el momento de torsión máximo depende de la resistencia externa del rotor. Los motores de inducción de rotor bobinados son útiles en muchas aplicaciones debido a que sus circuitos rotores se pueden alterar para proporcionar las características de arranque o de funcionamiento deseadas. La figura 27 muestra un dibujo despiezado de una jaula de ardilla y un rotor bobinado convencionales. Dado que los motores de rotor bobinados requieren mantenimiento de las escobillas, los costos iniciales y el mantenimiento típicamente son mayores que para los motores de jaula de ardilla. Los motores de rotor bobinado no obstante tienen excelente momento de torsión de arranque y bajas corrientes de arranque. Definición de rotor: es el componente giratorio de un motor de AC de inducción. Típicamente está construido de un núcleo de hierro cilindrico laminado con ranuras de conductores de aluminio fundido. Los anillos de extremo en corto circuito completan la "jaula de ardilla" la cual gira cuando el campo magnético en movimiento induce corriente en los conductores en corto. Véase en la figura 25 cómo los conductores de rotor de jaula de ardilla convencionales forman un corto circuito sólido sobre ambos extremos. Esto muestra un motor bobinado único. El núcleo de hierro laminado no se muestra en este dibujo. La figura 26 muestra un rotor de jaula de ardilla convencional con tapas de extremo en corto. Nótese la distribución oblicua de los conductores lo cual ayuda a reducir el desbastado. Una vez más, el núcleo de hierro del rotor no se incluye en este dibujo. El núcleo de hierro del rotor consiste de varias laminaciones delgadas, normalmente de acero de sílice tal como el que se muestra en la figura 28. Estos laminados se apilan verticalmente a una longitud deseada para formar el núcleo de hierro. En la figura 29 se muestra un rotor y una flecha convencionales ensamblados. Los laminados se apilan juntos para formar un núcleo de rotor, como se muestra en el dibujo despiezado que se ilustra en la figura 30. El aluminio, cobre o bronce es fundido por troquel en las ranuras de núcleo de rotor para formar una serie de conductores alrededor del perímetro del rotor. La corriente fluye a través de los conductores y formando el electroimán. Las barras conductoras se conectan mecánica y eléctricamente con anillos de extremo en estos rotores de jaula de ardilla convencionales. El núcleo de rotor se monta sobre una flecha de acero para formar un montaje de rotor. MOTOR DE ROTOR BOBINADO: Otro tipo de motores en rotor bobinado. Una diferencia principal entre el motor de rotor bobinado y el rotor de jaula de ardilla es que los conductores del rotor bobinado consisten de bobinas enrolladas en vez de barras. Estas bobinas se conectan a través de anillos de deslizamiento y escobillas a rectores variables externos. El campo magnético giratorio induce un voltaje en los bobinados del rotor. Un incremento de la resistencia de los bobinados del rotor provoca un flujo de menos corriente en los bobinados del rotor, lo que disminuye la velocidad. Al disminuir la resistencia se permite más flujo de corriente, acelerando el motor. Véase la figura 31. De esta manera, tenemos en rotores convencionales un conductor único por ranura. La figura 32 muestra un ejemplo de un dibujo mecánico en sección transversal de un rotor de dos bobinados. La jaula exterior y la jaula interior están aisladas eléctricamente entre sí por la capa que se muestra en azul. Cada ranura exterior está conectada eléctricamente a través de por lo menos un capacitor en este ejemplo particular. Los conductores de ranura de núcleo interior se pueden cablear juntos o se pueden poner en corto entre sí por la placa de extremo en este ejemplo. Los capacitores pueden funcionar entre las ranuras interiores y las ranuras exteriores al conectarlas eléctricamente entre sí. De manera que podemos tener anillos de extremo interior en corto y, si se desea, una o varias conexión capacitivas desde los anillos de extremo interiores en corto a los anillos de extremo exteriores y/o las conexiones de capacitor. Por lo tanto, en las conexiones mecánicas eléctricas, el bobinado del rotor LC de la presente invención es sustancialmente diferente de los rotores existentes. En impulsores de velocidad ajustable, conforme se incrementa la frecuencia, los efectos de fuga de inductancia tienden a volverse más significativos. Por lo tanto, el momento de torsión disponible máximo tiende a disminuir rápidamente al aumentar la frecuencia. Por lo tanto una característica de potencia de salida casi constante se puede mantener sólo por un intervalo de velocidad de rotor limitado. Por lo tanto existe una necesidad significativa por métodos y diseños de máquinas de inducción avanzadas. En consecuencia, existe la necesidad de rotores de máquinas inductoras con una respuesta de frecuencia mejorada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Como se utiliza en la presente, los términos "un" o "una" significan uno o más. Como se utiliza en la presente y en las reivindicaciones, cuando se utilizan junto con la palabra "que comprende", las palabras "un" o "uno" pueden significar uno o más de uno. Cuando se utiliza en la presente el término "otro" puede significar por lo menos un segundo o más. Como se utiliza en la presente, el término "capacitor" significará un elemento de circuito eléctrico el cual se basa en el fenómeno asociados con los campos eléctricos. La fuente del campo eléctrico es la separación de carga o voltaje. Si el voltaje varía con el tiempo, el campo eléctrico varía con el tiempo. Un campo eléctrico que varía con el tiempo produce una corriente de desplazamiento en el espacio ocupado por el campo. El parámetro de circuito de la capacitancia se relaciona con la corriente de desplazamiento respecto al voltaje. Se pueden almacenar energía en los campos eléctricos y por lo tanto en los capacitores. La relación entre un voltaje instantáneo y la corriente de los capacitores y los efectos físicos sobre el capacitor son críticas para las mejoras en el capacitor. Como se utiliza en la presente, el término "dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica" significará cualquier dispositivo capaz de almacenar o producir un campo eléctrico. Los dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica generalmente incluyen capacitores polarizados, capacitores no polarizados, baterías electroquímicas, celdas de combustible, motores sincrónicos, generadores sincrónicos, celdas solares y similares. Estos dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica pueden estar distribuidos en serie, en derivación, antiserie y antiserie desviada entre sí, de maneras conocidas para numerosos propósitos útiles para aquellos familiarizados con el tema. La presente invención se relaciona de manera general con el uso de dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica en los rotores de máquinas de inducción. Los requerimientos de campo eléctrico de rotor de una máquina de inducción óptima aumentan con la velocidad rotacional e inversamente con la frecuencia. La pseudocapacitancia y otros métodos de ajuste de capacitancia de frecuencia inversa se utilizan para proporcionar satisfacción para dicha necesidad y por lo tanto mejoran los parámetros de funcionamiento del rotor de la máquina de inducción. La optimización de la reactancia eléctrica es el fundamento para las mejoras en la transferencia de potencia, momento de torsión, eficiencia, estabilidad, termodinámica, vibración, termodinámica y vida de cojinete en las máquinas de inducción rotacionales. Los métodos y diseños de rotor LC se delinean en la presente para obtener estos objetivos. En un aspecto de la invención, existe un rotor de máquina de inducción mejorado que tiene por lo menos un bobinado de rotor, el rotor de máquina de inducción comprende por lo menos un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica acoplado a por lo menos un bobinado de rotor. En una modalidad, el almacenamiento de carga eléctrica es un capacitor no polarizado. El capacitor puede ser de varios tipos, tal como placa plana, bobinado, cilindrico o lineal. En algunas modalidades, el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un dispositivo de almacenamiento de carga en cuanto, o un dispositivo de almacenamiento a nanoescala. La invención puede utilizar un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica que tenga un área superficial mejorada. En diversas modalidades, la invención puede utilizar un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica que es un capacitor polarizado. El capacitor polarizado puede ser de diversos tipos tal como electrolítico, de aluminio, tantalio, niobio, rubidio, titanio, super, ultra, híbrido, de capa doble, de metal de válvula, cuanto o nanoescala. En diversas modalidades, la invención puede utilizar un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica que puede ser un capacitor asimétrico, un capacitor simétrico, una batería electroquímica o un montaje antiserie desviado de dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica polarizada.

El dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica utilizada con la presente invención puede ser ajustable o variable, un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica de pseudocapacitancia, ajustable por variación de área de superficie, ajustable por variación de separación de distancia, ajustable por variación constante dieléctrica, ajustable por variación de electrolito, ajustable por variación de temperatura, ajustable por variación del período de relajamiento, ajustable por variación centrípita, ajustable por variación de electrodo eléctrico, ajustable por irradiación, ajustable por variación pasiva, ajustable por variación controlada, un suministro de potencia eléctrica conectado operablemente a un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica. En diversas modalidades, el rotor de máquina de inducción de la presente invención puede ser un rotor de jaula de ardilla o un rotor bobinado. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción es de un diseño de estator común. En una modalidad, el rotor de la máquina de inducción es un rotor LC. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción comprende un estator de máquina de inducción acoplado mecánicamente al rotor LC. En otra modalidad, el rotor de máquina de inducción comprende un estator de máquina de inducción acoplado electromagnéticamente al rotor LC. En otra modalidad, el rotor de maquina de inducción comprende una carga mecánica o un motor primario conectado vía una flecha al rotor LC.

En una modalidad, el rotor de la máquina de inducción comprende por lo menos un cojinete conectado a un bobinado de rotor LC. Sin limitación, el cojinete puede ser un cojinete magnético, una chumacera o un cojinete de carga. En otras modalidades, el rotor de la máquina de inducción comprende un material de bloqueo de campo magnético, aislante o un dispositivo excluyente. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que es un bobinado sencillo, con un capacitor en derivación único. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que tiene un bobinado sencillo, con capacitores de derivación múltiples. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que es un bobinado doble, con un capacitor en serie único. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que es un bobinado doble en conde cada bobinado tiene la misma convención Dot. En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que es un bobinado doble con cada bobinado que tiene una convención Dot opuesta (o CW/CC). En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que es un bobinado doble, que tiene una estructura de capacitor híbrido (es decir, una configuración en serie y en derivación). En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción tiene un bobinado de rotor que es un bobinado múltiple, que tiene una estructura de capacitor híbrido (es decir, configuración en serie y en derivación). En otra modalidad, el rotor de la máquina de inducción comprende por lo menos un par de capacitores diferentes en derivación, para adecuar la elaboración de un rotor LC de una respuesta de frecuencia deseada. Uno de los muchos objetivos de la presente invención es conectar capacitores eléctricos al rotor de motores eléctricos. Las diversas conexiones eléctricas descritas en la presente son representativas de la gran cantidad de diseños prácticos por medio de los cuales se pueden conectar los capacitores eléctricos a los rotores. Algunos de los beneficios de conectar dispositivos de almacenamiento eléctrico se describen en lo siguiente. El beneficio particular o el objetivo que se obtiene es aplicable a la configuración particular del capacitor y el rotor, y como tal puede no aplicarse en todos los casos. Los beneficios de las modalidades incluye: 1 ) el uso de capacitores de capacitancia variable y ajustable en el diseño del rotor; 2) el uso del fenómeno de pseudocapacitancia en diseños de rotor que es un objeto de esta invención; 3) el uso del fenómeno del capacitor de disipación en diseños de rotor es un objetivo de esta invención: 4) incremento del ancho de banda de voltios constantes por región de control de hertzios de ASD; 5) incremento en la resistencia de rotor-circuito efectiva superior durante el arranque en línea, combinado con una baja resistencia de circuito de rotor efectiva cuando la frecuencia del rotor es baja bajo condiciones de funcionamiento; 6) incremento en la proporción de resistencia a inductancia para rotores; 7) incremento del factor de potencia de los rotores y máquinas de inducción; 8) aplanado de la respuesta de frecuencia de los rotores; 9) reducción del desbastado en rotores; 10) mejora en la respuesta transitoria de rotores y máquinas de inducción; 11 ) mejoramiento en la eficiencia de conversión de energía del rotor y de las máquinas de inducción; 12) incremento en la capacidad de aumento de torsión de los rotores y máquinas de inducción: 13) reducir vibración en los rotores y las máquinas de inducción: 14) incremento en el valor nominal del enlace de flujo de estator; 15) mejora en la eficiencia de retorno de potencia al estator cuando actúa en el modo de generador; 16) reducir el nivel de enlace del múltiple integral de la frecuencia de estator; 17) incremento de la frecuencia de estator ASD máxima a la cual se puede mantener el enlace de flujo de estator completo o laminar; 18) incremento del ancho de banda de la característica de potencia constante ASD por encima de la frecuencia de estator máxima; 19) reducir los efectos causados por armónicas, especialmente aquellas que generan momento de torsión de secuencia en fase inversa, tal como la quinta armónica; 20) reducir el calor en los bobinados de rotores y estatores; 21 ) reducir la temperatura de los bobinados en rotores y estatores; 22) reducir la fuente de energía eléctrica de las corrientes armónicas y el calentamiento relacionado; 23) mezclar en tecnologías de capacitor de manera en derivación para ampliar el ancho de banda de la operación de rotor; 24) reducir el ruido producido por los rotores y las máquinas de inducción; 25) reducir la resonancia de dispersión y parásitas en redes y rejillas de AC; 26) reducir las corrientes de magnetización en rotores y máquinas de inducción; 27) mejorar el factor de potencia de la potencia transferida a rotores y máquinas de inducción; 28) proporcionar un grado de autoexitación para rotores y máquinas de inducción; 29) reducir el requerimiento para el mantenimiento de la red y ajuste de bancos de capacitor; 30) reducir la producción de momento de torsión oscilatoria a las frecuencias de la sexta, décima segunda y décima octava armónicas; 31 ) reducir los efectos de desequilibrio de voltaje de fuente de máquinas de inducción; 32) reducir la operación con sacudidas ASD a baja velocidad; 33) crear rotores con mecanismos productores de momento de torsión inherentes; 34) crear rotores con mecanismos productores de velocidad inherentes; 35) incrementar el momento de torsión del rotor y el momento de torsión de la máquina de inducción; 36) momento de torsión de arranque; 37) momento de torsión en estado estable; 38) momento de torsión transitorio; 39) momento de torsión máximo; 40) momento de torsión en interrupción del servicio; 41 ) incremento en el control de aceleración de diseño de rotor; 42) aceleración de arranque; 43) aceleración transitoria; 44) aceleración máxima; 45) alterar las capacidades de entrada y salida VAR de máquinas asincrónicas; 46) aumentar el intervalo de velocidad operacional de rotores y máquinas de inducción; 47) incrementar el control de diseño de deslizamiento; 48) reducir la gravedad y duración de fluctuación de intensidad de luz debido a arranque de motor; 49) mejoramiento de regulación de voltaje en terminales de motor; y 50) trasladar un número de técnicas y topologías de diseño de estator y capacitor inductor (LC) conocidas a través de la separación de aire al rotor. Lo anterior ha esbozado de manera más bien general las características y ventajas técnicas de la presente invención con el fin de que se comprenda mejora la descripción detallada de la invención que sigue. Las características y ventajas adicionales de la invención se describirán en lo siguiente lo cual forma el objeto de las reivindicaciones de la invención. Debe apreciarse que la concepción y modalidad específica descrita se puede utilizar fácilmente como una base para modificación o diseño de otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente invención. También debe entenderse que dichas construcciones equivalentes no se apartan de la invención como se establece en las reivindicaciones anexas. Los rasgos novedosos los cuales se considera que son característicos de la invención, tanto respecto a su organización como método de operación, junto con objetivos y ventajas adicionales se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción cuando se consideren en relación con las figuras anexas. No obstante, debe entenderse de manera expresa que cada una de las figuras se proporciona para propósitos de ilustración y descripción únicamente y no se pretende que sea una definición de los límites de la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una comprensión más completa de la presente invención, se hace referencia ahora a las siguientes descripciones tomadas junto con el dibujo anexo, en los cuales: La figura 1 es una gráfica que ilustra la pseudocapacitancia; la figura 2 es un dibujo de un rotor de jaula de ardilla; la figura 3 es un esquema de un diseño de estator LC de capacitor dividido permanente; la figura 4 es un esquema de un diseño de estator LC Wanlass; la figura 5 es un esquema de un diseño de rotor LC en serie; la figura 6 es un esquema de un diseño de rotor LC de fase dividida; la figura 7 es un esquema de un detalle de rotor LC de fase dividida; la figura 8 es un esquema de un rotor de jaula doble; la figura 9 es un esquema de un dibujo de rotor convencional de parámetro agrupado; la figura 10 es un esquema de un dibujo de bloque de rotor LC de parámetro agrupado; la figura 11 es un esquema de un diseño de estator Hobart trifásico de inducción de AC; la figura 12 es un esquema de un diseño de la técnica anterior de un estator Wanlass; la figura 13 es un esquema de un diseño de la técnica anterior de un estator Robert; la figura 14 es un dibujo despiezado de un diseño de rotor LC; la figura 15 es un dibujo despiezado de un diseño de rotor LC; la figura 16 es un dibujo despiezado de un diseño de rotor LC; la figura 17 es un dibujo despiezado de un diseño de rotor LC; la figura 18 es un dibujo despiezado de un diseño de rotor LC; la figura 19 es un dibujo despiezado de un diseño de rotor LC; la figura 20 es un esquema de un rotor de capacitancia variable; la figura 21 es una ilustración de un diseño de motor común; la figura 22 es una ilustración de un motor de inducción de jaula de ardilla; la figura 23 es una ilustración de un rotor bobinado; la figura 24 es una ilustración de un esquema que utiliza variación de velocidad con resistores externos; la figura 25 es una ilustración de un núcleo de hierro cilindrico, laminado y construido típicamente con ranuras de conductores de aluminio fundido para un motor AC de inducción; la figura 26 es una ilustración de un rotor de jaula de ardilla convencional con tapas de extremo en corto; la figura 27 es una ilustración de un diseño de rotor de jaula de ardilla y bobinado; la figura 28 es una ilustración de un núcleo de hierro de rotor con un número de laminaciones delgadas, normalmente de acero al sílice; la figura 29 es una ilustración de un rotor y flecha convencionales ensamblados; la figura 30 es una ilustración de las laminaciones apiladas juntas para formar un núcleo de rotor, como se muestra en el dibujo despiezado; la figura 31 es una ilustración de un rotor bobinado; y la figura 32 es una ilustración de un ejemplo de un dibujo mecánico en sección transversal de un rotor de dos bobinados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El núcleo de rotor y los bobinados forman un elemento de circuito inductor. Se pueden agregar al rotor uno o más capacitores para incrementar de manera general el factor de potencia y de esta manera incrementar la transferencia de potencia y las características de conversión de potencia del dispositivo. Es bien sabido que los capacitores e inductores se pueden combinar en diversas configuraciones LC. Estas configuraciones pueden incluir combinaciones en serie, en derivación e híbridas de los elementos de circuito. En el momento de acoplamiento de un motor de inducción, el rotor generalmente no tiene movimiento. En este instante, el estator y el rotor están acoplados electromagnéticamente en su mayor grado. Las VAR magnetizantes significativas se requieren por motores de inducción en el momento de acoplamiento. Conforme el rotor dentro de la máquina de inducción acelera, disminuye la frecuencia eléctrica en el rotor. Para mantener un circuito eléctrico resonante o casi resonante en el rotor conforme cambia la frecuencia eléctrica del rotor, se requiere una variación de capacitancia. En la figura 5 se muestra un rotor LC sencillo, titulado como diseño de rotor LC en serie. Un rotor de este tipo puede requerir una capacitancia infinita para resonar a velocidades sincrónicas. Por supuesto, los rotores de motor de inducción no pueden producir momento de torsión para obtener la velocidad sincrónica. De manera similar, los generadores de inducción no producen electricidad a velocidad sincrónica. La velocidad máxima del rotor de un rotor construido para coincidir con el diseño tenderá a estar limitada por la capacitancia. Dentro de la carga operacional normal y la velocidad de diseño del motor, se requiere una capacitancia finita pero variable para obtener casi resonancia. Compuesto de un inductor único (L) y un capacitor único por circuito, la inductancia de este circuito rotor LLC se puede modelar al ordenar primero ecuaciones diferenciales y métodos repetitivos relativamente sencillos. En realizaciones simétricas, la cuenta de las partes físicas por supuesto es más grande. Así, por ejemplo, un rotor de inducción con 64 ranuras se puede construir físicamente con solo un capacitor o un par de capacitores polarizados antiserie desviados, por medio de una estructura similar a escobilla, como se utiliza comúnmente en motores DC. El uso de simetría permitirá 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 o más de 256 capacitores mientras este modelo de circuito permanece matemáticamente válido. Los números más altos suponen el uso de montajes de capacitor antiserie en cada extremo de la barra de rotor. Los métodos de desviación de capacitor polarizado antiserie, los circuitos, heurísticas, técnicas y diseños son razonablemente bien conocidos. Los parámetros de la fuente agrupada se relacionan con el estator y las características de separación de aire, las cuales funcionan y los modelos matemáticos son bien conocidos por aquellos relacionados con el tema. Los requerimientos de capacitancia para optimizar la operación del rotor son muy diferentes de las que se observan del lado del estator de la separación de aire. Considérese un rotor de una inductancia conocida a una frecuencia seleccionada. Se seleccionan 60 hertzios como una frecuencia de referencia, aunque cualquier frecuencia única en el intervalo de operación del motor o del impulsor de velocidad ajustable se puede considerar de manera razonable. La reactancia inductiva típicamente se calcula como el producto de frecuencia de inductancia y las constantes dos-p. Por lo tanto: ECUACIÓN 6 Fórmula de reactancia inductiva en radianes XL = F0*2p*L Considérese la frecuencia fundamental en Estados Unidos de 60 Hz. XL6o = 60*2p*L Para 60 hertzios, la reactancia inductiva es aproximadamente 377 veces la inductancia. Esta condición corresponde a la inductancia del rotor en el momento de acoplamiento. Después consideraremos la reactancia inductiva para la misma inductancia electrificada por una señal de 3 hertzios XL3 = 3*2p*L Para 3 hertzios la reactancia inductiva se calcula como aproximadamente 19 veces la inductancia. Esta frecuencia de rotor corresponde a una carga significativa en algunos motores de inducción pequeños.

Ahora calcularemos la reactancia inductiva asociada con una señal de 1 hertzio. Xu = 2p*L Para 1 hertzio, la reactancia inductiva se calcula como aproximadamente 6.25 veces la inductancia. El intervalo de valores considerados desde 1 hertzio a 3 hertzios produce una variación de reactancia inductiva de 300%. La reactancia capacitiva de un capacitor está dada por uno dividido entre la suma de la capacitancia multiplicada por la frecuencia multiplicada por 2p escalar Xc = 1/(F0*2p*C) Ahora considérese la reactancia capacitiva y la capacitancia que se requiere para desviar esta reactancia inductiva. La magnitud de la reactancia capacitiva en un circuito resonante en serie simplificado (sin considerar la resistencia) es igual a la magnitud de la reactancia inductiva de dicho circuito. La fórmula más detallada se obtiene con facilidad a partir de la literatura y es relativamente sencilla de derivar. XC=XL (Aproximación de resonancia en serie, sin considerar resistencia) 1(F*2p*C) = F*2p*L C=1/(F*2p*F*2p*L) C=1/(L(2pF)2) O C=1/(39.48*F2*L) Un rotor de inducción de deslizamiento alto 3PP representativo puede tener una variación de velocidad rotacional en el orden de 46.3 rpm a partir de una velocidad de carga 50% de 1172.6 rpm a una velocidad de 1 126.3 rpm y una carga de 125%. Por lo tanto, a una carga de 50%, el rotor se expone a una frecuencia eléctrica de: 1172.6/1200 = F/60 F = 60* (1200 -1172.6)/1200 F = (1200 - 1172.6)/20 F = (27.4)/20 F = 1.37 hertzios C50 = 1/(39.48*1.372 *L) C50 = 1/(39.48*L*1.372) C50 = 1/(39.48*L*1.88) Y para una carga de 125%, la frecuencia eléctrica del rotor es: F = (1200 -1126.3)/20 F = (73.7)/20 F = 3.685 hertzios Por lo tanto, el valor de capacitancia requerido a una carga de 125% está dada por: C125 = 1/(39.48*3.6852*L) C125 = 1/(39.48* L *3.6852*2) C?25 = 1/(39.48*L*3.68522) C?25 = 1/(39.48 L 13.58) Como un resultado, encontramos que la capacitancia requerida para una carga de 50% (1.37 Hz) es aproximadamente 7.22 veces la capacitancia que se requiere a una carga de 125% (3.685 Hz). Por lo tanto, un capacitor el cual presente una ganancia en capacitancia de esta magnitud sobre el intervalo de frecuencia seleccionado proporcionado tenderá a mantener al rotor en un estado de cuasi-resonancia sobre dicho intervalo. En el teorema de transferencia de potencia se establece que la transferencia de potencia se maximiza en la vecindad de la resonancia, esta magnitud de variación de capacitancia puede proporcionar una transferencia de potencia óptima al rotor en esta condición. Debe hacerse notar que una variación de capacitancia que en gran medida está fuera de objetivo puede dar lugar a una resonancia armónica o subarmómica indeseable a dicha frecuencia. Físicamente, los capacitores pequeños que presentan la respuesta de frecuencia deseable se requieren en esta aplicación. El ambiente mecánico y termodinámico demandante presente dentro de los rotores dirige adicionalmente realizaciones de capacitor aceptables. Otro diseño de rotor LC, denominado como rotor LC de fase dividida o rotor LLC se muestra en la figura 6. Nótese la conexión común en la base del dibujo de bloque de rotor. Esta conexión corresponde a un extremo de jaula de ardilla estándar. Sobre la conexión superior, una conexión de conductor corresponde a la conexión de jaula de ardilla mientras que el otro conductor se conecta a través de un capacitor. Existen numerosas variaciones posibles dentro de este diseño generalizado. Con referencia a la figura 7, el detalle de rotor de fase dividido, la figura muestra un par de conductores de rotor aislados interconectados a través del intervalo del rotor de esta manera. El desplazamiento de fase de corriente entre estos conductores que ocupan el mismo intervalo proporciona una mayor corriente de rotor y momento de torsión. Cuando la capacitancia se adecúa apropiadamente para las inductancias involucradas, se puede aproximar una resonancia compleja. La combinación de capacitor de inductor en serie puede servir como capacitancia en derivación para el inductor paralelo que únicamente es conductor. Por lo tanto, existe un mecanismo en la presente para amplificar tanto el voltaje como la corriente en un rotor. En esta figura, los conductores de rotor se muestran en un patrón lado a lado. Se puede utilizar un capacitor en vez de dos, o alternativamente, el segundo capacitor se puede reubicar en el otro extremo del rotor. No se pretende detallar todas las opciones de diseño y objetivos de combinaciones de series, derivación e híbridos de los conductores, capacitores, inductores, resistores, diodos, MOV, semiconductores y otros elementos de circuito habitualmente en uso en los circuitos de estator, filtro, potencia electrónica y circuitos electrónicos. El uso de pseudocapacitancia, capacitores de área de superficie ajustable, controlable y expandida en rotores se puede llevar a cabo por muchos métodos específicos y configurables, para llevar a cabo una diversidad de requerimientos de ingeniería de aplicación.

Es bien entendido que se pueden obtener diversas formas de las relaciones de velocidad-momento de torsión al hacer variar las formas de la jaula del rotor y las separaciones de aire entre las mismas. Un rotor de dos jaulas, intitulado rotor de jaula doble, se muestra en la figura 8. La topología de jaula de rotor de esta clase puede presentar una jaula exterior de área en sección transversal relativamente pequeña y una jaula enterrada más profundamente con un área en sección transversal mayor. La jaula exterior depende principalmente de las separaciones de aire dientes a dientes por encima de los conectores de la jaula. Presentará una alta resistencia y baja inductancia, lo cual es útil para el momento de torsión de arranque. Esta característica se puede mejorar por inclusión de los capacitores. La jaula interior demuestra una inductancia mayor y una menor resistencia, lo cual es más útil para eficiencia a velocidades de rotor elevadas y frecuencias asociadas bajas. Se pueden utilizar diversos grados de simetría y asimetría en la construcción del rotor LC para obtener la respuesta de frecuencia deseada y proporcionar un amortiguamiento de la resonancia de dispersión. Se utilizan una amplia variedad de formas de jaula de rotor para obtener el diseño de máquina de inducción y los propósitos de funcionamiento específicos. La figura 9 es un dibujo de bloques que representa parámetros agrupados de un rotor convencional. En cada posición de ranura se muestra una fuente de AC. Las polaridades instantánea de las ranuras se presentan como referencia. La jaula exterior típicamente es más resistiva y predomina en el arranque del motor. La jaula interior presenta una mayor inducción y por lo tanto incrementa en importancia a velocidades de operación. El comportamiento eléctrico de rotor modelado en esta figura se aproxima al comportamiento de circuito de los motores de jaula de ardilla típicos. Aunque el rotor de jaula de ardilla se acorta en las placas de extremo, las diferencias de parámetro eléctrico de las jaulas interior y exterior se muestran de una manera un poco precisa en esta figura. La corriente de jaula interior retrasa sustancialmente a la corriente de jaula exterior en el momento de acoplamiento. A velocidades casi sincrónicas, las corrientes de rotor se distribuyen de manera más uniforme a través del área en sección transversal de las ranuras. La figura 10 muestra un rotor LC, en donde se ha incluido un capacitor en los circuitos de las ranuras exteriores. La corriente de ranura exterior se dirigirá profundamente a la corriente de ranura interior debido a la presencia del capacitor. Cuando se ajusta y configura adecuadamente, el electrodo de corriente mayor puede servir para reducir el desbastado e incrementar el momento de torsión del rotor. Los valores de capacitancia óptimos para los diversos diseños de rotor de LC se pueden calcular como se muestra en lo anterior, derivados utilizando métodos de derivación de parámetro de motor, calculados a partir de primeros principios, resueltos de manera repetitiva para utilizar métodos de cálculo de diferencia finita y alternativamente se pueden medir mediante el uso de técnicas de rotor inmovilizado cuando se energizan de manera inductiva a través de la separación de aire por un impulsor de velocidad ajustable y por muchos otros métodos de ingeniería satisfactorios. La figura 14 muestra un corte en sección transversal longitudinal de un rotor LC sencillo. Esta representación muestra un par de ranuras de rotor, cada una consiste de una jaula exterior y una jaula más profunda (interior). Las ranuras de rotor están separadas físicas y eléctricamente en aproximadamente 180°. El conductor de la jaula exterior puede estar aislado eléctricamente de la jaula interior en esta realización. Los conductores izquierdo y derecho de la jaula interior se conectan por conductores en cada extremo (es decir, se ponen en corto juntos). La corriente eléctrica de la jaula interior del rotor retrasa el voltaje impreso. Los conductores de la jaula exterior se conectan en un extremo por un conductor y en el otro extremo a través de un capacitor. El capacitor en serie con los conductores de la ranura exterior alteran la relación de voltaje/corriente. La corriente en las ranuras exteriores del rotor pueden retrasarse, fijarse en fase o dirigir el voltaje impreso dependiendo del valor de capacitancia a una velocidad rotacional particular. La velocidad del rotor y el momento de torsión se relacionan funcionalmente con la frecuencia y magnitud de la corriente eléctrica del rotor. Conforme se incrementa la velocidad del rotor, disminuye la frecuencia eléctrica del rotor. Se requiere una capacitancia aumentada a una frecuencia menor en circuitos LC. Por lo tanto, la operación de la caja exterior y del rotor en su totalidad mejora al aumentar la capacitancia conforme se incrementa la velocidad rotacional del rotor. Por lo tanto, se selecciona un capacitor variable para optimizar la operación del rotor LC sobre un intervalo de frecuencias. La figura 15 muestra un corte en sección transversal longitudinal del rotor LC sencillo. La figura 15 incluye un capacitor que se acopla a la jaula exterior en ambos extremos. Los extremos de la jaula interior se conectan por conductores eléctricos en ambos extremos. La figura 16 muestra un corte en sección transversal longitudinal de un rotor LC sencillo. Los capacitores variables que se muestran en esta representación son capacitores polarizados antiserie desviados. Se omiten los circuitos de desviación de este dibujo. Los extremos de la jaula interior se conectan por conductores eléctricos en ambos extremos. La figura 17 muestra un corte en sección transversal longitudinal del rotor LC sencillo. Los conductores de ranura de jaula exterior se acoplan de manea capacitiva. Los extremos de la jaula interior se conectan por conductores eléctricos en ambos extremos. Los conductores exterior e interior se interconectan conectados por capacitores en la parte superior y en la inferior. Los capacitores proporcionan una trayectoria de corriente entre los conductores de ranura exterior e interior. Se muestra un voltaje de desviación de polarización DC entre los conductores de ranura interior y exterior en esta realización de rotor LC. La figura 18 muestra otro corte en sección transversal longitudinal de un rotor LC sencillo. En esta realización, los conductores de ranura de jaula de rotor exteriores se conectan en serie con capacitores variables. Los extremos de la jaula interior se conectan por conductores eléctricos en ambos extremos. La jaula más profunda se conecta al nodo central de los pares antiserie de capacitores, proporcionado una trayectoria de corriente capacitiva entre los conductores de jaula interior y exterior. Los conductores de jaula interior y exterior se encuentran en voltajes DC diferentes en esta realización. La figura 19 muestra otro corte en sección transversal longitudinal del rotor LC sencillo. En esta realización, los conductores de ranura de jaula de rotor exterior se conectan en serie con capacitores variables. Los extremos de la jaula interior de conectan por conductores eléctricos en ambos extremos. Se proporciona una trayectoria de corriente capacitiva entre los conductores de ranura interior y exterior en este diseño de rotor. En esta representación, los conductores de jaula interior y exterior se pueden mantener en el mismo potencial de DC. Además, se pueden utilizar valores de capacitancia efectivos diferentes en la conexión de la serie exterior y los circuitos de acoplamiento capacitivos entre los conductores de jaula interior y exterior. El dibujo de bloques de la figura 20 muestra la implementación de un rotor LC. Las fuentes eléctricas de inducción de AC del rotor se omiten por sencillez. En el momento de acoplamiento, en un motor de inducción, únicamente se conecta el capacitor fijo. Conforme la velocidad rotacional mecánica del rotor acelera y disminuye la frecuencia eléctrica del rotor, se agrega capacitancia adicional por el cierre de los interruptores. Además, conforme disminuye la frecuencia eléctrica del rotor, aumenta la contribución del momento de torsión del rotor en la jaula profunda. La realización de la conmutación puede ser mecánica, electromecánica o en estado sólido. El mecanismo de control de interrupción puede ser de naturaleza mecánica, analógica o digital. Un estado de resonancia eléctrico, cuasi-resonancia y/o pseudo-resonancia se puede mantener a una frecuencia seleccionada o a través de un intervalo de frecuencia seleccionada por un ajuste de cuadro de la capacitancia de circuito. El número de interruptores, la topología de los circuitos de conmutación y los valores de capacitor seleccionables por supuesto se pueden aumentar para extender los resultados favorables. Este mecanismo de manera similar se puede materializar en su totalidad o en parte mediante el uso de elementos capacitores dependientes de frecuencia, tales como aquellos que presentan pseudocapacitancia u otro fenómeno de capacitancia variable. Estos mecanismos de rotor de capacitor variable y/o ajustable se pueden extender para ajustar los impulsores de frecuencia y los rotores de máquina de inducción generalizados similares. Aunque la presente invención y sus ventajas se han descrito con detalle, debe entenderse que se pueden realizar en la presente diversos cambios, sustituciones y alteraciones sin apartarse de la invención como se define por las reivindicaciones anexas. Además, el alcance de la presente solicitud no se pretende que esté limitada a las modalidades particulares del procedimiento, máquina, fabricación, composición de materia, medios, métodos y etapas descritas en la especificación. Como lo apreciará una persona familiarizada con el tema a partir de la descripción, procedimientos, máquinas, elaboración, composiciones de materia, medios, métodos o etapas, existentes actualmente o que se desarrollan posteriormente y que realicen sustancialmente la misma función o que obtengan sustancialmente el mismo resultado a las modalidades correspondientes descritas en la presente, pueden ser utilizados. En consecuencia, se pretende que las reivindicaciones anexas incluyan dentro de su alcance dichos procedimientos, máquinas, elaboración, composiciones de materia, medios, métodos o etapas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un rotor de máquina de inducción mejorado que tiene por lo menos un bobinado de rotor, el rotor de la máquina de inducción está caracterizado porque comprende: por lo menos un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica acoplado a por lo menos un bobinado de rotor.

2.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un capacitor no polarizado.

3.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el capacitor es una placa plana.

4.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el capacitor está enrollado.

5.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el capacitor es cilindrico.

6.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el capacitor es lineal.

7.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un dispositivo de almacenamiento de carga de cuanto.

8.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un dispositivo de almacenamiento a nanoescala.

9.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica tiene área superficial aumentada.

10.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un capacitor polarizado.

11.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el capacitor polarizado es uno de los siguientes: electrolítico, de aluminio, de tantalio, de niobio, de rubidio, de titanio, super, ultra, híbrido, de capa doble, de metal de válvula, cuanto o de nanoescala.

12.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un capacitor asimétrico.

13.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un capacitor simétrico.

14.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es una batería electroquímica.

15.- El rotor de la máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un montaje antiserie desviado de dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica polarizados.

16.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable o variable.

17.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica de pseudocapacitancia.

18.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 -15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación de área de superficie.

19.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación de separación de distancia.

20.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación constante dieléctrica.

21.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación de electrolitos.

22.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación de temperatura.

23.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación en el período de relajamiento.

24.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación centrípetal.

25.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación de electrodo eléctrico.

26.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por irradiación.

27.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación pasiva.

28.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado además porque el dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica es ajustable por variación controlada.

29.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque comprende además un suministro en potencia eléctrica conectado operablemente a un dispositivo de almacenamiento de carga eléctrica.

30.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-29, caracterizado además porque el rotor de máquina de inducción está adaptado eléctrica y mecánicamente desde un rotor de tipo de jaula de ardilla.

31.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 -29, caracterizado además porque el rotor de máquina de inducción está adaptado eléctrica y mecánicamente desde un diseño de rotor enrollado convencional.

32.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-29, caracterizado además porque el estator de máquina de inducción está adaptado eléctrica y mecánicamente de un diseño de rotor común.

33.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-29, caracterizado además porque el rotor de máquina de inducción es un rotor LC.

34.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-29, caracterizado además porque comprende por lo menos un cojinete conectado a una flecha de rotor LC.

35.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-34, caracterizado además porque el cojinete es un cojinete magnético, una chumacera o un cojinete de carga.

36.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque comprende un estator de máquina de inducción acoplado mecánicamente al rotor LC.

37.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque comprende un estator de máquina de inducción acoplado electromagnéticamente al rotor LC.

38.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque comprende una carga mecánica o motor primario, conectado vía una flecha al rotor LC.

39.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque comprende un material de dispositivo de bloqueo de campo magnético, aislante o de exclusión.

40.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado sencillo, con un capacitor en derivación único.

41.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado único, con capacitores en derivación múltiples.

42.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado doble, con por lo menos un capacitor en serie.

43.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado doble en donde cada bobinado tiene la misma convención Dot.

44.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado doble en donde cada bobinado tiene una convención Dot opuesta (o CW/CC).

45.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado, que tiene una estructura de capacitor híbrido (es decir, una configuración en serie y en derivación).

46.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el bobinado del rotor es un bobinado múltiple que tiene una estructura de capacitor híbrido (es decir, configuración en serie y en derivación).

47.- El rotor de máquina de inducción de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende por lo menos un par de capacitores diferentes en derivación, para adaptar la elaboración de un rotor LC de una respuesta de frecuencia deseada.

48.- Un rotor de máquina de inducción mejorado caracterizado porque tiene por lo menos un bobinado de rotor, como se describe en la especificación y/o figuras de la solicitud.