Unidad 4

UNIDAD 4

UNIDAD 4

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA.

Se denomina

Se denomina

motor de corriente alterna

motor de corriente alterna

funcionan con corriente alterna.corriente alterna.  Un motor es una máquina motriz, esto es, un  Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos.

por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un

Un generador eléctrico,generador eléctrico,  por otra parte, transforma energía mecánica de rotación  por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador.

alterna, este último más correctamente llamado alternador.

Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el alternador.

motores y generadores es el alternador. En algunos casos, tales como

En algunos casos, tales como barcos,barcos, donde la fuente principal de energía es de donde la fuente principal de energía es de corriente continua,

corriente continua, o donde se desea un gran margen, pueden emplearse motores o donde se desea un gran margen, pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de de c-c. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de corriente alterna.

corriente alterna. Existe una gran variedad de motores de c-a, entre ellos tres tipos Existe una gran variedad de motores de c-a, entre ellos tres tipos básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de ardilla.

básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de ardilla.

5.1

5.1 Estudio de las partes constitutivas de los motores de corriente alterna

Estudio de las partes constitutivas de los motores de corriente alterna

asíncronos

asíncronos

El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:

inducción de Faraday:

Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores

del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento.

La diferencia del motor asíncrono con el resto de los motores eléctricos radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor). La corriente que circula por el devanado del rotor se debe a la fuerza electromotriz inducida en él por el campo giratorio; por esta razón, a este tipo de motores se les designa también como motores de inducción.

La denominación de motores asíncronos obedece a que la velocidad de giro del motor no es la de sincronismo, impuesta por la frecuencia de la red. Hoy en día se puede decir que más del 80% de los motores eléctricos utilizados en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad prácticamente constante. No obstante, y gracias al desarrollo de la electrónica de potencia (inversores y cicloconvertidores), en los últimos años está aumentando considerablemente la utilización de este tipo de motores a velocidad variable.

La gran utilización de los motores asíncronos se debe a las siguientes causas: construcción simple, bajo peso, mínimo volumen, bajo coste y mantenimiento inferior al de cualquier otro tipo de motor eléctrico.

Hay dos tipos básicos de motores asíncronos:

- Motores de jaula de ardilla: el devanado del rotor está formado por barras de cobre o aluminio, cuyos extremos están puestos en cortocircuito por dos anillos a los cuales se unen por medio de soldadura o fundición.

- Motor de rotor bobinado: el devanado del rotor de estos motores está formado por un bobinado trifásico similar al del estator, con igual número de polos.

Las máquinas asíncronas también se puedeutilizar como generador y como freno electromagnético. Para ser usadas como motor deben suministrar potencia mecánica, consumir potencia eléctrica y el deslizamiento debe ser 0<s<1.

CARACTERÍSTICAS INDUSTRIALES DE LOS MOTORES

ASÍNCRONOS DE CORRIENTE ALTERNA

Cu rv as car act eríst icas

Las curvas características de una máquina relacionan entre sí diferentes magnitudes de la mismay permiten analizar su comportamiento en distintos regímenes de funcionamiento de maneraprecisa.

Para la máquina asíncrona las curvas características más importantes son: - curva par-velocidad.

- curva corriente-velocidad - característica de velocidad.

- característica de factor de potencia. - característica de rendimiento.

E n s a y o s i n d u s t r i al e s .

 Antes de lanzar los modelos de motores al mercado se comprueban sus características, con el finde incluirlas tras su comprobación empírica en la hoja de especificaciones del motor.

a) Ensayos normales para todos los motores:

- Medida de resistencia en continua de las fases del estator.

- Medida de la resistencia en continua de las fases del rotor (para el caso de rotor bobinado).

- Rigidez dieléctrica del devanado del estator.

- Rigidez dieléctrica del devanado del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Chequeo de la secuencia de fases en la caja de bornes de la máquina. - Nivel de aislamiento devanado estator.

- Nivel de aislamiento devanado rotor (para el caso de rotor bobinado).

b) Ensayos adicionales para motores tipo:

- Ensayo de calentamiento.

- Rendimiento por suma de pérdidas.

- Curva característica de cortocircuito a tensión reducida. - Curva característica de vacío.

c) Ensayos especiales bajo pedido:

- Medida del par durante el arranque. - Medida de ruidos.

- Medida de vibraciones.

- Medida del factor de pérdidas del aislamiento de los devanados. - Otros.

Datos de mo tores asíncr on os in du strialmente dis po nibles

Los datos que proporcionan generalmente los fabricantes de motores asíncronos son los que seindican a continuación:

- Tipo y tamaño constructivo. - Clase de protección.

- Potencia. - Tensión.

- Valores nominales de otras magnitudes características.

- Relación par de arranque/par nominal e intensidad de arranque/intensidad nominal.

- Otros datos adicionales, en su caso (por ejemplo: peso, momento de inercia, clase de aislamiento, etc.).

5.2 Principios básicos de operación del campo magnético giratorio

 Al repartir sobre un cilindro de ferromagnético de hierro (estator para las máquinas eléctricas asíncronas) unas bobinas, se separan las entradas y salidas 120º entre sí y se alimentan con una corriente alterna, se obtiene por el efecto de la corriente conducida a través de ellas un  campo magnético pulsante.

Si se colocan otras dos bobinas predispuestas igual que la primera pero de modo que los planos que las contienen se sitúan a 60º a izquierda y a la derecha de la primera bobina y se alimenta cada grupo.

Tres posiciones del giro, con la distribución de potencia del campo resultante.

Si cada grupo de  bobinas tiene un número escaso de éstas, el campo magnético creado tendrá una onda de forma cuadrada. Para aproximarla a una senoide lo que se hace es aumentar el número de bobinas en cada grupo (fase), y distribuirlas lo máximo posible en el estator.

Polos RPM a 50Hz RPM a 60Hz

La velocidad de rotación del campo magnético o velocidad de sincronismo  está dada por:

donde es la frecuencia del sistema, en Hz, y es el número de par de polos en la máquina. Estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm).

donde

: velocidad de la barra en relación con el campo magnético : vector de densidad de flujo magnético

: longitud del conductor en el campo magnético : representa la operación "producto vectorial"

Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en comparación con el campo magnético del estator.

5.3 Análisis de las características de funcionamiento del motor de inducción

Se suspende un imán permanente de un hilo sobre una tornamesa de cobre o aluminio que gira en un cojinete colocado en una placa fija de hierro. El campo del imán permanente se completa así a través de la placa de hierro. El pivote debería estar relativamente sin fricción y el imán permanente debe tener la suficiente densidad de flujo. Cuando gira el imán en el hilo, se observará que el disco que está debajo gira con él, independientemente de la dirección de giro del imán.

El disco sigue el movimiento del imán, como se muestra en la figura debido a las corrientes parásitas inducidas que se producen por el movimiento relativo de un conductor (el disco) y el campo magnético. Por la ley de Lenz, la dirección del voltaje inducido y de las corrientes parásitas consecuentes produce un campo magnético que tiende a oponerse a la fuerza o movimiento que produjo el voltaje inducido.

Las corrientes parásitas que se producen tienden a producir a su vez un polo S unitario en el disco en un punto bajo el polo N giratorio del imán y un polo N unitario en el disco bajo el polo S giratorio del imán. Por lo tanto, siempre que el imán continúe moviéndose, continuará produciendo corrientes parásitas y polos de signo contrario en el disco que está abajo. El disco, por lo tanto, gira en la misma dirección que el imán. pero debe girar a velocidad menor que la del imán. Si el disco girara a la misma velocidad que la del imán, no habría movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético y no se producirían corrientes parásitas en el disco.

Característica de Funcionamiento del Motor de Inducción

El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades electromagnéticas de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación.

Suponiendo que un motor de inducción comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal en las terminales de línea de su estator (arranque a través de la línea) desarrollará un par de arranque de acuerdo que hará que aumente su velocidad. Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 por ciento de deslizamiento), disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par máximo. Esto hace que la velocidad aumente todavía más, reduciéndose en forma simultánea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de inducción.

Los pares desarrollados al arranque y al valor del deslizamiento que produce el par máximo ambos exceden (en el caso normal) al par aplicado a la carga. Por lo tanto la velocidad del motor aumentará, hasta que el valor del deslizamiento sea tan pequeño que el par que se desarrolla se reduzca a un valor igual al par aplicado por la carga. El motor continuará trabajando a esta velocidad y valor de equilibrio del desliza-miento hasta que aumente o disminuya el par aplicado.

Se muestra la relación entre los pares de arranque, máximo y nominal a plena carga que desarrolla un motor de inducción, como función de la velocidad de éste y del deslizamiento. Esta figura es presentación gráfica de la corriente y el par desarrollados en el rotor del motor como funciones del deslizamiento desde el instante del arranque (punto a) hasta la condición de funcionamiento en estado estable (en general entre marcha en vacío y marcha a plena carga - puntos c y d) cuando los pares desarrollado y aplicado son iguales.

5.4 Estudio de la corriente del rotor para la obtención de la reactancia de

magnetización y de dispersión.

En un motor de inducción tipo jaula ardilla, cuando se le suministra tensión al devanado del estator, se induce un voltaje en el rotor de la máquina. Por lo general a mayor movimiento relativo entre los campos magnéticos del inductor y del inducido, mayor será el voltaje resultante del rotor y la frecuencia del mismo. Cuando el rotor de la máquina es bloqueado, se presenta el mayor movimiento relativo entre los campos magnéticos de rotor y estator, de tal forma que se induce un mayor voltaje y frecuencia en el rotor de la máquina.

La magnitud y la frecuencia de voltaje inducido en la parte rotatoria de la máquina son directamente proporcionales al deslizamiento del rotor.

De tal forma que si se representa la magnitud de la tensión inducida del rotor a rotor bloqueado como ER0, la magnitud de la tensión inducida con cualquier

deslizamiento.

La reactancia del rotor de un motor de inducción depende de la inductancia del rotor y de la frecuencia de la tensión además de la corriente en el rotor. Si consideramos una inductancia del rotor LR.

Combinando esta ecuación con la de frecuencia del voltaje inducido con cualquier deslizamiento tenemos siendo XR0 la reactancia del rotor bloqueado.

En la figura 5.6 se muestra el circuito equivalente del rotor, la intensidad de corriente para este circuito es

Figura 5.6 Modelo del circuito de rotor de un motor de inducción

5.5 Obtención de las Pérdidas en el cobre y deslizamiento del rotor.

Como se indicó en el apartado anterior la relación de los campos magnéticos determinan el voltaje inducido en la barra del rotor. La diferencia entre la velocidad síncrono y la velocidad del rotor se conoce como velocidad de deslizamiento y el deslizamiento a su vez nos permite describir el movimiento relativo de los campos y es igual a la velocidad relativa expresada como una fracción de la unidad o un porcentaje.

Las pérdidas que se producen en un motor de inducción, son muy similares a la de un transformador eléctrico con la única diferencia de que en un motor de inducción la potencia de entrada es una potencia eléctrica y la potencia de salida es una potencia mecánica, en la figura 5.7 se aprecian las pérdidas que ocurren en la máquina antes de la entrada de potencia hasta su salida. Se puede observar como las primeras pérdidas son pérdidas eléctricas producidas en los devanado del estator y conocidas como pérdidas en el cobre, después aparecen las pérdidas de hierro también conocidas como pérdidas en el núcleo y que obedecen a la

cantidad de potencia perdida por histéresis y corrientes parásitas en el estator, después la potencia es transferida al rotor de la máquina a través del entre hierro existente entre rotor y estator hasta potencia se le conoce como potencia en el entrehierro. Posteriormente se producen las pérdidas en el cobre del rotor y las pérdidas mecánicas provocadas por la fricción y rozamiento de los elementos en movimiento, finalmente se consideran las pérdidas misceláneas para obtener así la potencia de salida en el eje por rotor de la máquina.

Figura 5.7 Modelo del circuito de rotor de un motor de inducción, S. J. C

5.6 Obtención del circuito equivalente del motor de inducción.

Cuando se le registra un motor de inducción trifásico las intensidades de corriente son iguales en magnitud y tienen una diferencia de fase 120° eléctricos. Lo mismo ocurre en las corrientes de los devanados del rotor.

Debido a que los devanados del estator y del rotor están acoplados magnéticamente, un motor de inducción es muy similar a un transformador trifásico con la única diferencia que en un motor se tendría el secundario giratorio. Por lo anterior expuesto el motor trifásico puede representarse por fase mediante un circuito equivalente con cualquier deslizamiento.

En la figura 5.8 se muestra un circuito equivalente por fase que representa el funcionamiento de un motor de inducción [3], si se observa es el mismo circuito equivalente para un transformador eléctrico, sólo que en este caso R1 y jX1 representa la resistencia del estator y la reactancia de dispersión del estator, Rc y JXmrepresentan las pérdidas magnéticas en el núcleo del motor. El transformador ideal representa el entre hierro entre rotor y estator.

Figura 5.8 Circuito equivalente por fase de un motor de inducción trifásico, B.S La figura 5.9 se muestra el circuito equivalente del motor de inducción referido al lado del estator, tal como se hizo con los circuitos equivalentes del transformador, finalmente en la figura 5.10 se muestra precipite equivalente de la figura 5.9 modificado para representar la resistencia del rotor y de la carga.

Figura 5.9 Circuito equivalente por fase de un motor de inducción trifásico referido al lado del estator, B.S.

Figura 5.10 Circuito equivalente de la figura5.9 modificado para mostrar las resistencias del rotor y de la carga, B.S

5.7 Conexiones normalizadas en los motores de inducción

Los motores eléctricos de inducción trifásicos pueden conectarse en estrella o bien delta, el uso de una u otro tipo de conexión es decisión del fabricante del equipo. Sin embargo como sabemos, una de las desventajas principales de este tipo de motor es que su velocidad se mantiene constante independientemente de la carga conectada al motor.

Normas técnicas para la fabricación de motores eléctricos como son la IEC y NEMA, estas normas además de establecer criterios para la fabricación de motores también establecen la marcación de terminales de los mismos. NEMA utiliza para el marcado números que van desde el 1 hasta el 12, mientras que IEC combina las letras U, V, W y los números desde el 1 hasta el 6.

La marcación de los números obedece a nivel de tensión con el cual podrá ser el legislador motor o bien cuando se desea un motor con dos o más velocidades.

5.7.1 Estrella doble paralelo

La conexión estrella doble o también conocida como estrella paralela preferentemente es usada en motores NEMA cuando se desea conectar el motor a la tensión menor y con potencias de hasta 20 CP y en motores IEC también para indicar una menor tensión y en potencias hasta de 9 CP.

5.7.2 Estrella serie.

La conexión estrella generalmente izada en motores NEMA para la tensión más alta y en potencias hasta 20 CP y en motores IEC para la mayor tensión.

5.7.3 Delta serie

Los parlantes de la Serie Delta de Wharfedale Pro son el resultado de muchos años de experiencia en el uso, diseño y manufactura de parlantes profesionales. No sentimos muy orgullosos de diseñar y construir cada parlante Wharfedale Pro y queremos agradecerle a usted por confiarnos su sonido.

La nueva Serie Delta se basa en la sólida reputación de sus predecesoras, las series LX y DLX, ambos grandes éxitos a escala global.

La Serie Delta ha sido diseñada para entregar un desempeño excelente, calidad y confiabilidad en un formato que es apropiado para instalaciones fijas y de tour.

5.7.4 Delta paralelo

La conexión de ángulo doble triángulo paralelo es utilizada en motores IEC para la tensión menor y potencias mayores a 9 CP y en motores NEMA para la menor tensión y potencias mayores a 20 CP.

De acuerdo con las conexiones anteriormente descritas los fabricantes de motores efectúan combinaciones de estas conexiones para que los motores puedan funcionar con las dos tensiones de servicio a las que fueron diseñados.

 Así podemos tener las siguientes combinaciones:

a) Triángulo para la menor tensión/estrella para la mayor tensión. b) Estrella doble para la menor tensión/estrella para la mayor tensión. c) Triángulo para la mayor tensión/triángulo doble para la menor tensión.

Otra característica importante en los motores trifásicos es lo relativo al número de terminales para conexión, las cuales van de acuerdo con los diseños de cada fabricante y con las formas y que pueden ser arrancados motores.

 Así, encontraremos motores con tres terminales para conexión, lo cual nos indicará que únicamente podrá ser conectado a un solo nivel de tensión y de la conexión trifásica es interna y su arranque será voltaje pleno.

Otros motores tendrán seis terminales para conexión, en este caso el motor puede ser conectado en triángulo o en estrella y además podrá ser arrancado atención reducida utilizando el método estrella-Delta.

También existen motores que tienen nueve terminales para conexión, esos motores se pueden conectar en doble estrella o en doble triángulo con la única limitante de que debe arrancarse a voltaje pleno.

Por último podemos encontrar también motores con 12 terminales para conexión y pueden conectarse de la misma forma que los de nueve terminales con la ventaja que pueden ser arrancados a tensión reducida por el método estrella-triángulo. En las figuras 5.11 a la 5.205 se muestran la marcación de terminales de acuerdo con la norma NEMA.

Departamento de MetalMecánica Academia de MetalMecánica Figura 5.11 Conexión estrella Figura 5.12 Conexión triángulo 6 terminales. 6 terminales

Figura 5.13 Conexión doble estrella o Figura 5.14 Conexión estrella serie estrella paralela 9 terminales 9 terminales

5.8 Características de arranque del motor de inducción de rotor devanado al

modificarle la resistencia óhmica en el circuito del rotor

El motor de corriente alterna tipo rotor devanado, opera bajo los mismos principios que los motores de jaula de ardilla, pero difieren en la construcción del rotor. En este tipo de motor como su nombre lo indica el rotor está devanado con un propósito muy definido.

Unas del de las limitantes del motor con rotor tipo jaula de ardilla es que durante su funcionamiento no hay forma de influir desde el exterior sobre la corriente del circuito en el rotor, en cambio en un motor con rotor devanado si es posible variar la resistencia del circuito del rotor conectando resistencias adicionales, pues el rotor es excitado externamente mediante anillos rozantes.

Si se introduce en el circuito del rotor del motor de inducción una resistencia, se aumenta el deslizamiento de la máquina para cualquier valor dado del par.

Para valores pequeños de deslizamiento, el par es prácticamente proporcional a la corriente del rotor y al flujo en el entrehierro.

El flujo en el entre hierro de un motor de inducción es prácticamente constante, ya que la atención a las terminales, y por lo tanto la fem, son casi constantes. Si se introduce en el circuito del rotor una resistencia, su impedancia se incrementa. Para valores bajos del deslizamiento, que es donde normalmente el motor funciona, la reactancia del inducido es pequeña comparada con la resistencia, siguiendo la impedancia, por lo tanto, casi toda la resistencia. Si él deslizamiento se mantiene constante, la fem inducida del rotor no cambia. La corriente del inducido, que es igual a esta fem dividida por la impedancia del rotor, disminuye, debido al aumento de resistencia dando como resultado que el par también disminuya.

Para volver a llevar el par a su valor inicial, se debe aumentar la corriente del inducido, y para aumentar esta corriente, se debe aumentar la fem inducida. Debido a que el flujo del entrehierro es constante, el aumento de la fem sida sólo se puede obtener haciendo que los conductores del rotor corten al flujo a mayor velocidad, por lo tanto, para un par dado, el deslizamiento aumenta cuando se intercala una resistencia del circuito del rotor.

En la figura 5.21 se observa que se obtiene el par a plena carga con un deslizamiento mayor cuando la resistencia del rotor se aumenta. La magnitud del par máximo no se modifica, pero el deslizamiento que corresponde este par se desplaza hacia el punto de velocidad cero, es decir, que el par máximo se obtiene para un valor mayor del deslizamiento. El rotor gira a menor velocidad, pero esta disminución de velocidad cero se tiene a expensas del rendimiento, ya que las pérdidas I2R en el circuito del rotor aumentan.

Figura 5.21 efecto producido sobre las curvas par-deslizamiento al intercalar una resistencia en el rotor.

5.9 Aplicaciones de los motores de inducción polifásicos

Debido al bajo costo en su construcción y el mínimo mantenimiento que requiere para su operación, el motor de corriente alterna de inducción trifásica es el de mayor uso en las aplicaciones industriales.

 A continuación se indican a manera de ejemplo alguna de las aplicaciones de los motores trifásicos de corriente alterna de inducción tipo jaula de ardilla y de rotor devanado:

 Ascensores. Bombas centrífugas.

Bombas de desplazamiento alternativo. Bandas transportadoras. Trituradoras.

Ventiladores.

Máquinas herramientas. Embotelladoras. Compresoras de arranque sin carga. Hiladoras.

Voladoras garrotillo Desmenuzadoras de alimentos. Esmeriladoras.

Máquinas para labrar madera. Roscadoras. Sierras. Cepilladoras.  Amoladoras. Grúas. Montacargas. Sopladoras. Máquinas de lavandería. Molinos. Industria de alimentos. Industria del caucho. Industria papelera. Industriapetrolera. Industriatextil.

5.10 Principios de los motores monofásicos

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Debido a sus múltiples ventajas, entre las que cabe citar su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor eléctrico ha reemplazado en gran parte a otras fuentes de energía, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar.

Los motores eléctricos satisfacen una amplia gama de necesidades de servicio, desde arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga. Estos motores se fabrican en potencias que varían desde una pequeña fracción de

caballo hasta varios miles, y con una amplia variedad de velocidades, que pueden ser fijas, ajustables o variables.

Un motor eléctrico contiene un número mucho más pequeño de piezas mecánicas que un motor de combustión interna o uno de una máquina de vapor, por lo que es menos propenso a los fallos. Los motores eléctricos son los más ágiles de todos en lo que respecta a variación de potencia y pueden pasar instantáneamente desde la posición de reposo a la de funcionamiento al máximo. Su tamaño es más reducido y pueden desarrollarse sistemas para manejar las ruedas desde un único motor, como en los automóviles.

El inconveniente es que las baterías son los únicos sistemas de almacenamiento de electricidad, y ocupan mucho espacio. Además, cuando se gastan, necesitan varias horas para recargarse antes de poder funcionar otra vez, mientras que en el caso de un motor de combustión interna basta sólo con llenar el depósito de combustible. Este problema se soluciona, en el ferrocarril, tendiendo un cable por encima de la vía, que va conectado a las plantas de generación de energía eléctrica. La locomotora obtiene la corriente del cable por medio de una pieza metálica llamada patín. Así, los sistemas de almacenamiento de electricidad no son necesarios.

- Cuando no es posible o no resulta rentable tender la línea eléctrica, para encontrar una solución al problema del almacenamiento de la energía se utilizan sistemas combinados, que consisten en el uso de un motor de combustión interna o uno de máquina de vapor conectado a un generador eléctrico. Este generador proporciona energía a los motores eléctricos situados en las ruedas. Estos sistemas, dada su facilidad de control, son ampliamente utilizados no sólo en locomotoras, sino también en barcos.

El uso de los motores eléctricos se ha generalizado a todos los campos de la actividad humana desde que sustituyeran en la mayoría de sus aplicaciones a las máquinas de vapor. Existen motores eléctricos de las más variadas dimensiones, desde los pequeños motores fraccionarios empleados en pequeños instrumentos hasta potentes sistemas que generan miles de caballos de fuerza, como los de las grandes locomotoras eléctricas

En cuanto a los tipos de motores eléctricos genéricamente se distinguen motores monofásicos, que Contienen un juego simple de bobinas en el estator, y polifásicos, que mantienen dos, tres o más conjuntos de bobinas dispuestas en círculo.

Según la naturaleza de la corriente eléctrica transformada, los motores eléctricos se clasifican en motores de corriente continua, también denominada directa, motores de corriente alterna, que, a su vez, se agrupan, según su sistema de funcionamiento, en motores de inducción, motores sincrónicos y motores de colector. Tanto unos como otros disponen de todos los elementos comunes a las máquinas rotativas electromagnéticas

Motores de corriente continúa

La conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético. Un campo magnético, que se forma entre los dos polos Opuestos de un imán, es una región donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnético5 Un motor eléctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándose así la energía eléctrica en movimiento mecánico.

Los dos componentes básicos de todo motor eléctrico son el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimán móvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corriente eléctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimán fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados eléctricos por los que circula la corriente.

Cuando se introduce una espira de hilo de cobre en un campo magnético y se conecta a una batería, la corriente pasa en un sentido por uno de sus lados y en sentido contrario por el lado opuesto. Así, sobre los dos lados de la espira se ejerce una fuerza, en uno de ellos hacia arriba y en el otro hacia abajo. Sí la espira de hilo va montada sobre el eje metálico, empieza a dar vueltas hasta alcanzar la posición vertical. Entonces, en esta posición, cada uno de los hilos se encuentra situado en el medio entre los dos polos, y la espira queda retenida.

Para que la espira siga girando después de alcanzar la posición vertical, es necesario invertir el sentido de circulación de ¡a corriente. Para conseguirlo, se emplea un conmutador o colector, que en el motor eléctrico más simple, el motor de corriente continua, está formado por dos chapas de metal con forma de media luna, que se sitúan sin tocarse, como las dos mitades de un anillo, y que se denominan delgas. Los dos extremos de la espira se conectan a ¡as dos medias lunas. Dos conexiones fijas, unidas al bastidor del motor y llamadas escobillas, hacen contacto con cada una de las delgas del colector, de forma que, al girar la armadura, las escobillas contactan primero con una delga y después con la otra. Cuando la corriente eléctrica pasa por el circuito, la armadura empieza a girar y ¡a rotación dura hasta que la espira alcanza la posición vertical. Al girar las delgas del colector con la espira, cada media vuelta se invierte el sentido de circulación de la corriente eléctrica. Esto quiere decir que la parte de la espira que hasta ese momento recibía la fuerza hacia arriba, ahora la recibe hacia abajo, y la otra parte al contrario. De esta manera la espira realiza otra media vuelta y el proceso se repite mientras gira la armadura.

El esquema descrito corresponde a un motor de corriente continua, el más simple dentro de los motores eléctricos, pero que reúne ¡os principios fundamentales de este tipo de motores.

Motores de corriente alterna

Los motores de corriente alterna tienen una estructura similar, con pequeñas variaciones en la fabricación de ¡os bobinados y del conmutador del rotor. Según su sistema de funcionamiento, se clasifican en motores de inducción, motores sincrónicos y motores de colector.

Motores de inducción

El motor de inducción no necesita escobillas ni colector. Su armadura es de placas de metal magnetizable. El sentido alterno de circulación, de la corriente en las espiras del estator genera un campo magnético giratorio que arrastra las placas de metal magnetizable, y las hace girar. El motor de inducción es el motor de corriente alterna más utilizado, debido a su fortaleza y sencillez de construcción, buen rendimiento y bajo coste así como a la ausencia de colector y al hecho de que sus características de funcionamiento se adaptan bien a una marcha a velocidad constante.

Motores sincrónicos

Los motores sincrónicos funcionan a una velocidad sincrónica fija proporcional a la frecuencia de la corriente alterna aplicada. Su construcción es semejante a la de los alternadores Cuando un motor sincrónico funciona a potencia Constante y sobreexcitado, la corriente absorbida por éste presenta, respecto a la tensión aplicada un ángulo de desfase en avance que aumenta con la corriente de excitación Esta propiedad es fa qUe ha mantenido la utilización del motor sincrónico en el campo industrial, pese a ser el motor de inducción más simple, más económico y de cómodo arranque, ya que con un motor sincrónic0 se puede compensar un bajo factor de potencia en la instalación al suministrar aquél la corriente reactiva, de igual manera que un Condensador conectado a la red.

Motores de colector

El problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alterna y la mejora del factor de potencia han sido resueltos de manera adecuada con los motores de corriente alterna de colector. Según el número de fases de las comentes alternas para los que están concebidos los motores de colector se clasifican en monofásicos y Polifásicos, siendo los primeros los más Utilizados Los motores monofásicos de colector más Utilizados son los motores serie y los motores de repulsión

5.11 Tipos de motores monofásicos

Motor monofásico.

Este tipo de motor es muy utilizado en electrodomésticos porque pueden funcionar con redes monofásicas algo que ocurre con nuestras viviendas.

En los motores monofásicos no resulta sencillo iniciar el campo giratorio, por lo cual, se tiene que usar algún elemento auxiliar. Dependiendo del método empleado en el arranque, podemos distinguir dos grandes grupos de motores monofásicos:

Motor monofásico de inducción.

Su funcionamiento es el mismo que el de los motores asíncronos de inducción. Dentro de este primer grupo disponemos de los siguientes motores: 1. De polos auxiliares o también llamados de fase partida.

2. Con condensador.

3. Con espira en cortocircuito o también llamados de polos partidos.

Motor monofásico de colector.

Son similares a los motores de corriente continua respecto a su funcionamiento. Existen dos clases de estos motores:

1. Universales. 2. De repulsión.

Motor monofásico de fase partida.

Este tipo de motor tiene dos devanados bien diferenciados, un devanado principal y otro devanado auxiliar. El devanado auxiliar es el que provoca el arranque del motor, gracias a que desfasa un flujo magnético respecto al flujo del devanado principal, de esta manera, logra tener dos fases en el momento del arranque.  Al tener el devanado auxiliar la corriente desfasada respecto a la corriente principal, se genera un campo magnético que facilita el giro del rotor. Cuando la velocidad del giro del rotor acelera el par de motor aumenta. Cuando dicha velocidad está próxima al sincronismo, se logran alcanzar un par de motor tan elevado como en un motor trifásico, o casi. Cuando la velocidad alcanza un 75 % de sincronismo, el devanado auxiliar se desconecta gracias a un interruptor centrífugo que llevan incorporados estos motores de serie, lo cual hace que el motor solo funcione con el devanado principal. Este tipo de motor dispone de un rotor de jaula de ardilla como los utilizados en los motores trifásicos. El par de motor de éstos motores oscila entre 1500 y 3000 r.p.m., dependiendo si el motor es de 2 ó 4 polos, teniendo unas tensiones de 125 y 220 V. La velocidad es prácticamente constante. Para invertir el giro del motor se intercambian los cables de uno solo de los devanados (principal o auxiliar), algo que se puede realizar fácilmente en la caja de conexiones o bornes que viene de serie con el motor.