Tipos De Motores Electricos

VII SEMESTRE 2013-II

MOTORES ELECTRICOS

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CASERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS PURAS CARRERA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA TIPOS DE MOTORES ELECTRICOS

INTEGRANTES :

ARRATIA VALDEZ YELHSIN HENRY A CALLATA CHAMBI ULISES AQUISE MENDOZA WALTER CRUZ CARREON JHONY

DOCENTE

:

ING. ALEJANDRO B. CONDORI IQUISE

SEMESTRE

:

VII

1

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

INDICE

1.

MOTOR ELEMENTAL… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .3

2.

MOTOR DC.… … .… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ....3

3.

TIPOS DE MOTORES DC… … … … … … … … … … … … … … … … … … .8

4.

MOTOR PASO A PASO… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 14

5.

MOTOR DE IMAN PERMANENTE… … … … … … … … … … … … … … .19

6.

MOTOR MONOFASICO… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 21

7.

MOTOR UNIVERSAL… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 30

8.

MOTOR TRIFASICO ASINCRONO… … … … … … … … … … … … … … .31

9.

MOTOR TRIFASICO SINCRONICO… … … … … … … … … … … … … … 38

10.

OTROS MOTORES… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 40

11.

SISTEMAS PARA ARRANQUE DE MOTORES… … … … … … … … … 42

12.

BIBLIOGRAFIA… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 43

2

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

TIPOS DE MOTORES ELECTRICOS 1. EL MOTOR ELEMENTAL El motor eléctrico es un dispositivo electromotriz. Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor. Un motor eléctrico elemental dc de 2 polos tiene las siguientes partes:      

Una armadura o rotor. Un conmutador. Escobillas. Un eje. Un Imán de campo. Una fuente de poder DC de algún tipo.

El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida será lo único que gire.

2. EL MOTOR DC Los motores de corriente continua presentan el inconveniente de que sólo pueden ser alimentados a través de equipos que conviertan la corriente alterna suministrada por la red de corriente alterna en corriente continua. Por otro lado, su constitución es mucho más compleja que los de C.A. y necesitan de colectores con delgas y escobillas para su funcionamiento, que aumentan considerablemente los trabajos de mantenimiento. En contrapartida, poseen un par de arranque elevado y su velocidad se puede regular con facilidad entre amplios límites, lo que les hace ideales para ciertas aplicaciones: tracción eléctrica (tranvías, trenes, coches eléctricos, etc.) y en 3

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

todas aquéllas en que sea muy importante el control y la regulación de las características funcionales del motor. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Se basa en las fuerzas que aparecen en los conductores cuando son recorridos por corrientes eléctricas y. a su vez, están sometidos a la acción de un campo magnético. En la figura se ha representado el aspecto de un motor de corriente continua elemental. Los polos magnéticos del imán, situados siempre en el estator, son los encargados de producir el campo magnético inductor. La espira, que se ha situado en el rotor, es recorrida por una corriente continua que se suministra a través de un anillo de cobre cortado por la mitad (colector de delgas). Las dos mitades se aíslan eléctricamente y se sitúa sobre ellas unos contactos deslizantes de carbón (escobillas), de tal forma que la corriente aplicada por la fuente de alimentación pueda llegar a los conductores del rotor.

Como las corrientes que circulan por ambos lados de la espira son contrarias, al aplicar la regla de la mano izquierda, se comprueba que aparecen fuerzas también contrarias en cada lado activo de la espira, lo que determina un par de giro. Para que el sentido de giro sea siempre el mismo, el par de fuerzas siempre deberá actuar en el mismo sentido.

4

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

En el caso de que los conductores de la espira girasen hasta enfrentarse con el polo contrario, con el mismo sentido de corriente que en la anterior posición, la fuerza se invertiría de sentido y la espira no establecería nunca una revolución. Con el colector de delgas se resuelve este problema, haciendo que la corriente siempre circule en el mismo sentido respecto al campo magnético, el colector actúa como un rectificador. Para conseguir que el motor gire en uno o en otro sentido, hay que lograr invertir el sentido del par de fuerzas. Esto se consigue invirtiendo el sentido de la corriente del rotor y manteniendo el campo magnético inductor fijo. CONSTITUCIÓN La constitución de motor de C.C. es exactamente igual que la de un generador de corriente C.C.(dinamo). Esta máquina es reversible y, por lo tanto, puede funcionar indistintamente corno motor o como generador. Se necesitan de tres partes fundamentales para su funcionamiento; Un circuito que produzca el campo magnético (circuito inductor), un circuito que al ser recorrido por la corriente eléctrica desarrolle pares de tuerza que pongan en movimiento el rotor (circuito inducido) y un colector de delgas con escobillas. En la figura se muestra, en corte, el aspecto de un motor de corriente continua y en la otra la disposición del porta escobillas.

5

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Estator: En el estator se sitúa el circuito inductor. Consta de una envolvente de acero laminado o hierro forjado, llamado culata o yugo, donde se sitúan los núcleos correspondientes a los polos principales y en los que se arrolla el bobinado encargado de producir el campo magnético de excitación. Alimentando con corriente continua, a estas bobinas se consiguen campos magnéticos más intensos que con imanes permanentes. Aparte de los polos principales, también se suelen incorporar en la culata unas pequeñas piezas polares, con sus consiguientes devanados, conocidas por el nombre de polos auxiliares o de conmutación. Estos polos evitan los efectos perjudiciales producidos por la reacción del inducido. En la actualidad, existen motores con imanes permanentes en lugar de electroimanes en la excitación, lo que simplifica considerablemente a los mismos. Rotor: Para que los pares de fuerza originados en los conductores del rotor, al ser recorridos por la corriente, sean aplicados de una forma uniforme en el rotor, los conductores se reparten uniformemente por el núcleo rotórico. El núcleo del circuito inducido se construye con una pieza cilíndrica formada con chapas magnéticas apiladas para evitar las pérdidas por histéresis y Foucault. A lo largo de este núcleo se practican ranuras para aislar los conductores aislados del circuito inducido.

INDUCIDO DE CORRIENTE CONTINUA Colector y escobillas: El colector consta de varias delgas de cobre electrolítico con el fin de poder conectar a él los diferentes circuitos del inducido. Estas conexiones se llevan a cabo por soldadura blanda (estaño). Las delgas se aíslan entre sí por separadores de micanita. Las escobillas transmiten la corriente al inducido a través de su frotamiento con el colector. Se suelen fabricar de carbón puro o de grafito. Van montadas sobre unas porta escobillas en los que se puede regular la presión. Para un correcto enclavamiento, las escobillas deben apoyar sobre las delgas del colector con toda su superficie. Dada la fricción a la que se somete a las escobillas, éstas poseen una vida limitada. Una de las tareas de mantenimiento fundamentales de un motor de corriente continua es reponer las escobillas desgastadas y limpiar las delgas del

6

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

colector, en la figura, se aprecia el desgaste del colector, producido por unas escobillas demasiado duras. Reacción del inducido: Cuando los conductores del inducido son recorridos por una corriente eléctrica, producen un campo magnético cuya dirección y sentido se obtiene aplicando la regla del sacacorchos.

REGLA DEL SACACORCHOS: CUANDO SE HACE AVANZAR UN SACACORCHOS EN EL SENTIDO DE LA CORRIENTE, EL GIRO DEL SACACORCHOS COINCIDE CON SENTIDO DEL CAMPO MAGNÉTICO. La dirección de este campo transversal de reacción adquiere la misma dirección que el eje de las escobillas, con lo que resulta ser perpendicular al campo principal producido por los polos inductores.

CAMPO MAGNÉTICO Y EJE DE ESCOBILLAS El campo transversal ΦT debido a la reacción del inducido se suma vectorialmente al campo principal ΦP, dando como fruto un campo magnético resultante ΦR que queda desviado de la posición original. Esta desviación del campo inductor produce una serie de problemas cuando las escobillas conmutan de una delga a la delga contigua que se manifiesta en forma de chispas que desgasta y perjudica el funcionamiento del motor. Para evitar los efectos perjudiciales de la reacción del inducido existen dos posibilidades: 7

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

 Desviar el calado las escobillas en el mismo sentido de rotación del inducido  Emplear polos de conmutación

POLOS DE CONMUTACIÓN 3. TIPOS DE MOTORES DC a) MOTOR SHUNT O PARALELO: Al ser la corriente de la inductora independiente de la que atraviesa el inducido, el par motor no es como en el motor serie, proporcional al cuadro de la intensidad, aquí el flujo es contante y menor la corriente absorbida, el menor poder de fuerza no es inconveniente si lo que se prefiere es una marcha larga y constante, pudiéndose regular la velocidad con el empleo del reóstato.

CURVAS CARACTERÍSTICAS: Las curvas características de un motor indican como varían el par motor y la velocidad con la corriente en el inducido, siendo constante el voltaje aplicado. Par motor = KφIa Como Ea = constante, entonces, If es también constante, por lo tanto, el flujo par polo también lo es. Par motor = Kφ Ia = K x constante x Ia = K Ia, que representa la ecuación de una recta que pasa por el origen. 8

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Fem = Eb = K φ

rpm rpm = (Ea - IaRa) / K Rpm = constante x (Ea - Ia Ra)

Como la resistencia Ra es pequeña el valor Ia Ra es pequeño comparado con Ea, por lo tanto, al aumentar la corriente, disminuye muy poco la velocidad. Por lo tanto el motor shunt es un motor de velocidad constante.

CONTROL DE VELOCIDAD: Aunque el motor shunt es de velocidad constante, su característica más importante, es la de ser un motor de velocidad regulable. Utilizando la ecuación de la velocidad, tenemos: Rpm = (Ea - Ia Ra) / Kφ La velocidad se puede aumentar, disminuyendo el flujo por polo (φ). Para esto, es necesario colocar un reóstato en el circuito de campo, tal como se indica en la figura

Intercalando un reóstato en el circuito del inducido podemos disminuir la velocidad nominal. Esto es debido a que al aumentar la resistencia en el circuito en el inducido el voltaje Ea disminuye.

9

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

INVERSIÓN DE GIRO: El sentido de rotación de un motor shunt se puede invertir, cambiando la dirección de la corriente, ya sea en el circuito de campo o en el circuito del inducido. Parada del motor: Para parar el motor se introducen todas las resistencias del reóstato de arranque antes de cortar la corriente. Propiedades - Par de arranque débil - No soportan grandes sobrecargas. - Velocidad constante cualquiera sea la carga . - No se disparan en vacío. Utilización: La velocidad constante de estos motores los hace adecuados para el accionamiento de máquinas - herramientas (tornos, taladros) y aparatos de elevación. b) MOTOR SERIE: En el motor serie, el flujo es proporcional a la corriente que pasa por el inducido, el par de fuerza durante el arranque es muy alto y proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente . Los motores serie se emplean como motores de arranque en los que el negativo está unido a masa, por lo que solo tiene un borne, el positivo, además consta de un dispositivo mecánico llamado bendix y un relé como interruptor, este relé recibe la orden de un pulsador en forma de llave de contacto

Para cambiar el sentido de rotación de un motor serie, basta con cambiar el sentido de la corriente en la bobina inductora cambiando la entrada por la salida ver figura.

10

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

El par producido Kφ Ia es directamente proporcional al flujo y a la corriente en el inducido. Como el también aumenta con Ia, entonces, el par motor es directamente proporcional al cuadrado de Ia, por lo tanto, su curva será parabólica.

Arranque del motor: Como en el caso del motor shunt se debe intercalar un reóstato de arranque en serie con el inducido. Esta resistencia se reduce gradualmente cuando el motor adquiere velocidad. Características de carga: Las curvas características se pueden obtener a partir de las fórmulas fundamentales: Par motor = Kφ Ia = K Ia^2, debido a que φ = K Ia Rpm = (Ea - Ia Ra)/ Kφ = K (Ea - Ia Ra) / Ia Al aumentar la corriente, disminuye la velocidad, y su curva de velocidad, se observa que para cargas ligeras, la velocidad se hace peligrosamente elevada, y por esta razón un motor serie ha de estar siempre engranado o acoplado directamente a la carga. Si un motor serie estuviera unido a la carga mediante una correa y ésta se rompiese o soltase, el motor se embalaría y probablemente se dañaría. Inversión del sentido de rotación: La rotación se puede invertir cambiando la dirección de la corriente, ya sea campo en serie o del inducido.

11

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Parada del motor: Para parar un motor serie, es preciso introducir progresivamente las resistencias del reóstato de arranque y cortar luego la alimentación, para evitar una fuerte corriente de ruptura que sería peligrosa para los arrollamientos. Control de velocidad: La velocidad se puede variar, cambiando el voltaje aplicado Ea, colocando un reóstato en serie con la bobina de campo. De esta manera se disminuye la velocidad. Se puede aumentar la velocidad, disminuyendo el flujo por polo. Esto se puede realizar, colocando un reóstato en paralelo con la bobina de campo, de modo que la corriente total Ia solo se permita circular una parte por la bobina de excitación.

Propiedades: - Gran par de arranque. - Velocidad variable con la carga. - Tendencia al aceleramiento excesivo. - Soporta bien las sobrecargas. - Se dispara fácilmente en vacío o cuando la carga decrece. Utilización: Se usa en los aparatos de elevación: Montacargas, ascensores, grúas, frenos eléctricos. c) MOTOR DE EXCITACIÓN COMPOUND. En estos motores el devanado es doble, una parte está en serie con el inducido y la otra en paralelo, de esta forma se conserva un fuerte par de arranque y se puede mantener constante la velocidad de la marcha una vez superado el inicio  El motor shunt tiene una velocidad más constante.  Un motor serie del mismo régimen de capacidad puede ejercer un par mucho mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terriblemente la corriente.

12

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Estas dos características pueden obtenerse en un mismo motor colocando dos bobinados de campo: Uno en serie y otro shunt, en los polos del motor, y que se llamará motor compound. Las características de velocidad y par motor para un motor compound se dan en la siguiente figura.

La velocidad de un motor compound se puede disminuir por debajo de la normal por medio de un reóstato colocado en el circuito del inducido y aumentarse por encima de la normal mediante un reóstato en el circuito de campo. A diferencia de los motores en serie, el motor compound tiene una velocidad definida sin carga y no alcanzará velocidades destructivas si ésta se suprime. La regulación de la velocidad es inferior a la de un motor shunt y mayor a la de uno serie. La rotación se invierte cambiando la dirección de la corriente del circuito de campo o del circuito del inducido. Puesto que si se invierte el campo shunt se debe invertir el serie, el procedimiento más sencillo es invertir la corriente en el inducido. Si las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound se permutan para invertir el sentido de circulación de corriente en el mismo, las bobinas serie se opondrán al flujo y este decrecerá, en lugar de crecer cuando aumente la carga. Esto obligará al motor a acelerar, en lugar de decrecer cuando aumenta la carga. Este motor se conoce con el nombre de "motor compound diferencial".

13

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

d) MOTOR DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE. En estos motores, el devanado de las bobinas inductoras está conectadas a una fuente de corriente separada de la corriente que recorre el inducido. Funciona de forma similar al motor en derivación, la separación de la excitación se utiliza cuando se desea regular la velocidad con precisión sin perder fuerza de arranque.

4. MOTOR PASO A PASO Características que lo definen: Los motores paso a paso vienen definidos por el número de posiciones, o paso por vuelta, que es más elevada sobre los motores a reluctancia o híbridos. También por el par máximo disponible en régimen permanente y su posibilidad de control de velocidad y del número de revoluciones o parte (fracciones exactas de vuelta). Cada paso tiene un ángulo muy preciso determinado por la construcción del motor, lo que permite realizar movimientos exactos sin necesidad de un sistema de control por lazo cerrado. A un motor paso a paso se le puede ordenar por medio del control, que avance cinco o diez pasos hacia la derecha, luego un determinado número de pasos hacia atrás o simplemente que no gire, lo cual permite el control de posición, velocidad, y sentido (dirección). Este sistema a simplificado enormemente la implementación de automatismos y las aplicaciones de la robótica. Los motores paso a paso presentan grandes ventajas con respecto a la utilización de servomotores debido a que se pueden manejar digitalmente sin realimentación, su velocidad se puede controlar fácilmente, tiene una larga vida, son de bajo costo, la interface es sencilla y su mantenimiento es mínimo debido a que no tienen escobillas. Partes principales de este tipo de motor: El estator de este motor está constituido por varias bobinas alimentadas por impulsos de c.c. El rotor está constituido por uno o varios imanes permanentes.

14

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Por el número de posiciones o pasos por vuelta, se consigue una determinada velocidad. Aplicaciones: Este tipo de motores se aplica en máquinas que precisan un control exacto de las revoluciones, o partes de vuelta. Normalmente se trata de motores de pequeña potencia aplicados a:      

Accionamiento de cintas en impresoras, avance de papel. Teletipos, telefax, cintas magnéticas. Avance de películas en aparatos de televisión, cine, foto, etc. Equipos médicos, tales como bombas de riñón, analizadores, muestreadores. Lectores de tarjeta. etiquetas, etc. Taxímetros, contadores, Copiadoras. Plotters y Otros.

MOTOR PASO A PASO HERMÉTICO Tipos de motores paso a paso:  Motores de excitación unipolar (6 hilos).  Motores de excitación bipolar (5 hilos).  Motor híbrido.

15

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

ESQUEMA DE LOS MOTORES PASO A PASO Motor de excitación unipolar

Motor de dos estatores (4 fases): En cada paso el rotor se desplaza 90º.

POSICIONES DE ROTACIÓN DEL MOTOR UNIPOLAR 16

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Se seguirá aplicando el mismo criterio del motor de excitación unipolar. Para motor de 2 estatores (2 fases). Para 24 polos: ángulo de paso 7º 30' Para 12 polos: ángulo de paso 15º. Para motor de 4 estatores (4 fases). Para 24 polos: ángulo de fase 3º 45'. Para 12 polos: ángulo de fase 7º 30'. La ventaja de este tipo de motores está en el incremento del par respecto de los motores precedentes, pero tiene el problema de tener una electrónica más complicada. Motor hibrido paso a paso: El motor híbrido tiene la particularidad de ser de menor tamaño, con más posibilidades de ángulo. Este motor está formado por 4 discos, con el mismo número de dientes que las cavidades del estator. Ángulos de paso 24 pasos por revolución: 15º 28 pasos por revolución: 7º 30´ 96 pasos por revolución: 3º 45´ 200 pasos por revolución: 1º 50´ Se puede realizar cualquier movimiento incremental, siempre que sea múltiplo del ángulo de paso del motor que se trate.

FUNCIONAMIENTO: El funcionamiento de los motores paso a paso se basa en el simple principio de atracción y repulsión que ocurre entre los polos magnéticos. Como ya sabemos un imán tiene dos polos llamados Norte y Sur. El principio básico del magnetismo establece que polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen. Para lograr un movimiento mucho más suave, los motores paso a paso se fabrican aumentando el número de polos del estator y se les practican una serie de ranuras 17

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

tanto en el rotor como en el estator. Así se logran movimientos que van hasta 1.8° por paso. Los grados de avance por paso son una de las características más importantes en este tipo de motores y generalmente está indicada en su carcaza o cuerpo.

El número de pasos varía según sea la aplicación. Existen en el mercado desde 0.1 a 120 grados. Los ángulos más comunes son de 1.8, 2.0, 2.5, 5.0, 15 y 30 grados, que respectivamente dan 200, 180, 144, 72, 24 y 12 pasos/revolución. Estos motores son alimentados con fuentes de corriente y manejados con circuitos digitales.

.

MODOS DE OPERACIÓN: Los motores PAP tanto unipolares como bipolares pueden trabajar en dos modos de operación: de paso completo y de medio paso. En el primer caso, con cada secuencia el rotor gira un determinado ángulo dado por la fabricación del motor. En el modo de medio paso, cada secuencia produce un giro en grados correspondiente a la mitad de su paso normal. En las siguientes tablas podemos observar la secuencia de señales que se deben aplicar al motor en cada caso.

18

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

PASO COMPLETO: Un motor de 200 pasos tiene esta secuencia:

MEDIO PASO: El motor recorre 400 pasos con esta secuencia:

5. EL MOTOR DE IMAN PERMANENTE En general el campo magnético de un motor de cd se puede producir por bobinas o imanes permanentes. Los motores de cd de imán permanente se pueden clasificar de acuerdo con el esquema de conmutación y al diseño de la armadura. Los motores de cd convencionales tienen escobillas mecánicas y conmutadores. Sin embargo, en una clase importante de motores de cd la conmutación se hace en forma electrónica; este tipo de motor se llama motor de cd sin escobillas.

De acuerdo con la construcción de la armadura, el motor de cd de imán permanente tiene tres tipos de diseño de armadura:

19

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

1. de núcleo de hierro 2. de devanado superficial 3. de bobina móvil. a) DE NÚCLEO DE HIERRO La configuración del rotor y estator de un motor de cd de imán permanente de núcleo de hierro se muestra en la Fig. El material del imán permanente puede ser bario ferrita, Alnico, o un compuesto de ¨ tierras raras ¨. El flujo magnético producido por el imán pasa a través de la estructura del rotor laminado que tiene ranuras. Los conductores de la armadura están localizados en las ranuras del rotor. Este tipo de motor está caracterizado por una inercia del motor relativamente alta (ya que la parte giratoria está formada por las bobinas de la armadura), una inductancia alta, bajo costo y alta confiabilidad.

b) DE DEVANADO SUPERFICIAL La Figura muestra la construcción del rotor de un motor de cd de imán permanente de devanado superficial. Los conductores de la armadura están pegados a la superficie de la estructura cilíndrica del rotor, la cual está hecha de discos laminados sujetados al eje del motor. Ya que en este diseño no se emplean ranuras sobre el rotor, no presenta el efecto de ¨ rueda dentada ¨. Puesto que los conductores están proyectados en el entrehierro de aire que está entre el rotor y el campo de imán permanente, este campo tiene menor inductancia que el de estructura de núcleo de hierro.

20

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

c) DE BOBINA MÓVIL Los motores de bobina móvil están diseñados para tener momentos de inercia muy bajos e inductancia de armadura también muy baja. Esto se logra al colocar los conductores de la armadura en el entrehierro entre la trayectoria de regreso del flujo estacionario y la estructura de imán permanente. En este caso la estructura del conductor está soportada por un material no magnético normalmente resinas epóxicas o fibra de vidrio - para formar un cilindro hueco. Uno de los extremos del cilindro forma un eje, el cual está conectado al eje del motor. Una vista de la sección transversal de este tipo de motor se muestra en la figura abajo. Ya que se han eliminado todos los elementos no necesarios de la armadura del motor de bobina móvil, su momento de inercia es muy bajo. Como los conductores del motor de bobina móvil no están en contacto directo con el hierro, la inductancia del motor es muy baja; valores menores a 100 mH son comunes en este tipo de motor. Las propiedades de inercia e inductancia bajas hacen que el motor de bobina móvil sea una de las mejores elecciones de actuadores para sistemas de control de alto desempeño.

6. MOTOR MONOFASICO 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. Como la mayor parte de la energía generada, lo es bajo la forma de c.a. muchos motores están proyectados para funcionar con c.a. Los motores de c.a. pueden suplir a los de c.c., en la mayoría de los casos están menos sometidos a perturbaciones o averías. Esto es debido a que las máquinas de c.c. trabajan en condiciones más difíciles por la acción de conmutación que requiere el uso de escobillas, porta escobillas, colector, etc. Por el contrario, algunos motores de c.a., no utilizan ni siquiera anillos deslizantes, lo que hace que el funcionamiento esté exento de averías durante largos periodos de tiempo. Los motores de c.a. son particularmente adecuados para aplicaciones de velocidad constante, ya que la velocidad está determinada por la frecuencia de c.a. aplicada a 21

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

los bornes del motor. No obstante también se construyen motores de c.a. que tienen características de velocidad variable dentro de ciertos límites. Los motes de c.a. se proyectan para un suministro de c.a. monofásica o trifásica. Tanto el motor monofásico como el trifásico funcionan basados en el mismo principio. Este principio es que la c.a. aplicada al motor genera un campo magnético giratorio y a su vez este campo magnético giratorio hace girar al rotor del motor. Los motores de c.a. se clasifican generalmente en dos tipos: a) Sincrónicos b) Asincrónicos. El motor sincrónico es un alternador al que se le hace funcionar como motor y en el cual al estator se le aplica corriente alterna y al rotor corriente continua. En el motor asincrónico el rotor no está conectado a fuente alguna de energía. De los dos tipos de motores de c.a. el asincrónico es el más empleado. Los motores monofásicos asincrónicos se clasifican en: a) Motores monofásicos de inducción, b) Motores monofásicos de repulsión. a) MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCION Los motores monofásicos de inducción poseen un bobinado único en el estator. Este bobinado está devanado generalmente en varias bobinas que se distribuyen en la periferia del estator, y genera un campo magnético único alternado a lo largo del eje de los campos. Estando inmóvil el rotor, las alternancias del campo del estator induce corriente en el rotor. Estas corrientes producen a su vez, campos del mismo signo que el estator, que tienden a hacerlo girar 180º hasta enfrentarlo con los polos opuestos. Pero esta fuerza se ejerce a lo largo del eje del rotor y por lo tanto la fuerza de giro es igual en ambos sentidos y el rotor no se mueve. Si en estas condiciones, se da al rotor un impulso con la mano, éste se pondrá en marcha y girará en la dirección en que se le dio el impulso. Al ir aumentando la velocidad del rotor, llega a un punto en que aproximadamente cumple medio giro, es decir, 180º de rotación, por cada alternancia completa de la corriente que circula por el estator. Si las velocidades del campo magnético giratorio y la del rotor son iguales, no se inducirá f.e.m., debido a que no habría movimiento relativo entre los campos del estator y rotor. Al no haber f.e.m., no existirá corriente inducida y por lo tanto no se inducirá el par motor, entonces se hace necesario que el rotor gire a una velocidad menor que el campo magnético giratorio del estator. Esta diferencia de velocidad se llama "resbalamiento". 22

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Deslizamiento del rotor: Se refiere al movimiento relativo del motor con respecto a la velocidad de deslizamiento ndes = nsinc – nm Donde: ndes es la velocidad de deslizamiento en la maquina nsinc es la velocidad de los campos magnéticos nm es la velocidad mecánica Por tanto el deslizamiento del motor se define como:

Frecuencia eléctrica en el motor: En el motor se induce tensiones y corrientes eléctricas que conllevan a compararlo con un transformador rotante, en el que el estator es el primario que induce un voltaje en el rotor tomado como el secundario. A diferencia de un transformador normal, la frecuencia del secundario (fr) no es necesariamente la misma del primario (fe) para el motor. Si : nm = 0 RPM ⇒ fr = fe ⇒ S = 1 nm = nsinc ⇒ fr = 0 ⇒ S = 0 Para: 0 Hz < f < fe ⇒ fr es proporcional a (nsinc - nm)

Como hacer arrancar a mano un motor eléctrico no es muy cómodo, se han ideado medios que permitan el arranque automático. Según el modo de arranque se distinguen principalmente los motores de inducción de fase partida y los motores de arranque por condensador. El rotor de un motor de inducción consta de un cilindro de chapas de acero o hierro al silicio, prensadas para formar un solo cuerpo. La superficie 23

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

de este rotor está ranurada y por ellas se pasan barras de cobre cuyos extremos se sueldan a las coronas que son también de cobre. Este tipo de rotor se llama también rotor en Jaula de ardilla o rotor en corto circuito. Actualmente, las jaulas de ardilla se construyen de aluminio fundido.

 MOTOR DE FASE DE PARTIDA En este sistema el estator tiene un bobinado monofásico que al ser sometido a una tensión alterna senoidal, crea un campo magnético alternativo y fijo, que no es capaz de provocar un par de arranque efectivo en el rotor.

Si en estas condiciones se empuja el rotor manualmente en uno de los sentidos posibles, se consigue desplazar el eje del campo magnético del rotor y el motor comenzará a girar hasta alcanzar la velocidad nominal. El sentido de giro del motor depende de hacia donde se haya iniciado el giro, y su velocidad, del número de pares de polos del devanado. Para conseguir que el motor arranque automáticamente se inserta en las ranuras del estator un segundo bobinado auxiliar que ocupe 1/3 de las mismas. En la figura se muestra un esquema de la disposición de los dos bobinados con un interruptor centrífugo, o un pulsador manual. Como la impedancia de las dos bobinas es diferente, se producirá un pequeño ángulo de desfase en la corriente absorbida por el bobinado auxiliar respecto a la del principal. Este ángulo suele ser de adelanto debido a que el bobinado auxiliar es de 24

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

menor sección y, por lo tanto, más resistivo. El flujo que produce dicha bobina queda también adelantado al principal, lo que hace que se forme un campo giratorio suficiente para impulsar a moverse al rotor. Dado que el ángulo de desfase entre ambos flujos resulta muy pequeño, el par de arranque también es muy pequeño, si se arranca en carga, puede que no gire y se queme el bobinado de arranque.

ESQUEMA DE CONEXIÓN DE MOTOR MONOFÁSICO DE FASE PARTIDA CON BOBINADO DE TRABAJO Y DE ARRANQUE E INTERRUPTOR CENTRÍFUGO

Funcionamiento: La corriente en el devanado principal está retardada 90º eléctricos con respecto al devanado de arranque. Cuando por estos devanados pasan dos corrientes desfasadas 90º se establece en campo magnético giratorio que gira a una velocidad sincrónica de polos. rpm = 120 x f/p f = frecuencia en ciclos / seg. (Hertz). p = número de polos. Mientras este campo rotatorio gira, se induce un voltaje en el rotor. Este voltaje inducido crea el campo magnético del rotor. El campo del rotor reacciona con el campo del estator creando así, el par torsor que hace que el rotor gire. Cuando el rotor alcanza los ¾ de la velocidad normal el interruptor centrífugo se abre desconectando el devanado de arranque. El motor sigue funcionando solamente con el devanado principal.

25

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Los motores monofásicos son por lo general de 110 y 220 voltios. El devanado principal tiene dos secciones y cada sección funciona a 110V. Por lo tanto, si se conecta 110V los dos devanados se conectan en paralelo y si se conecta a 220V los devanados se deben conectar en serie.

Propiedades: - Buena regulación de velocidad. - Par de arranque pequeño igual a 1 o 2 veces el par en marcha. - Intensidad de arranque de 5 a 6 veces la nominal. - Resbalamiento del 4% al 6%. - Desfasaje entre devanados de 40 a 50 grados eléctricos. - Se fabrican para potencias menores a 1 ½ hp. Aplicación: Lavadoras de ropa, bombas de agua pequeñas, bombas neumáticas etc.  MOTOR DE ARRANQUE POR CONDENSADOR. Para aumentar el par de arranque de estos motores se añade un condensador en serie con el bobinado auxiliar, de tal forma que el ángulo de desfase entre los flujos producidos por ambas bobinas se acerque a 90º. El condensador proporciona un par de arranque mayor y además limita la corriente de arranque a un valor menor que el de fase partida. El funcionamiento de este motor es exactamente igual al de fase partida. La causa frecuente de dificultades son los condensadores defectuosos. Si el motor se arranca y se para muchas veces en un corto tiempo, es muy posible que entren en corto circuito los condensadores. Por lo tanto, este motor se utiliza en aplicaciones domésticas e industriales en las que hay pocos arranques en cortos periodos. El sentido de rotación se invierte, intercambiando los terminales del devanado de arranque. También funcionan para dos régimen de voltaje 110V y 220V. La desconexión se puede realizar mediante un interruptor centrífugo. Interruptor que está acoplado al eje del motor y que abre sus contactos cuando se alcanzan unas 26

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

ciertas revoluciones, en otros motores como piedras de amolar el interruptor automático se sustituye por un pulsador manual.

Existe otra clase de motor que es el de arranque y marcho con condensador, el cual no tiene interruptor centrífugo, por lo tanto, el condensador siempre estará conectado y así el factor de potencia es del 100%. Propiedades: - Buena regulación de velocidad. - Par de arranque muy fuerte igual a 3 0 4 veces al par de marcha. - Intensidad de arranque menor que el de fase partida. - Factor de potencia igual a 1,0. - No están hechos para arranques y paradas frecuentes. - Se fabrican desde 1/3 hp hasta 5 hp. - La ventaja de los de arranque y marcha por condensador es que casi no requieren mantenimiento. - Son los más populares donde no se usa la trifásica. Aplicación: Bombas unidades de refrigeración, compresores de aire y sierras En los motores sin condensador el campo de aplicación se ve limitado por su bajo par de arranque, por lo que se emplean, por ejemplo, para ventiladores, bombas centrífugas, etc. MOTOR DE FASE PARTIDA ESQUEMA DEL SISTEMA DE ARRANQUE 27

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

b) MOTOR MONOFASICOS DE REPULSION: Los motores con colector o de repulsión pueden dividirse en tres tipos: Motores de repulsión, motores de arranque por repulsión y marcha por inducción, y motores de inducción-repulsión.  MOTOR DE REPULSION Las partes esenciales son: 1. Un núcleo laminado del estator con un devanado similar al de la fase partida. El estator tiene generalmente, cuatro, seis u ocho polos. 2. Un rotor con ranuras en la que va colocado un devanado, similar al de un motor de c.c. El colector es de tipo axial. 3. Escobillas de carbón, conectadas entre sí por medio de alambres de cobre relativamente gruesos. El porta escobillas es desplazable. 4. Dos escudos en los extremos de hierro colado, que alojan los cojinetes y sujetos al bastidor del motor. 5. Dos cojinetes que sostienen el eje del inducido centrado, pueden ser lisos o de balas.

 Funcionamiento: Al conectarse a la corriente monofásica se crea un campo magnético en el estator y se induce otro campo en el inducido. Si estos dos campos están descentralizados una 15º eléctricos, entonces, se crea un par de arranque que hace que el inducido del motor gire, Así pues, la aplicación el principio de que polos iguales se repelen da al motor su nombre de motor de repulsión.

28

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Para invertir el sentido de rotación se desplazan las escobillas a unos 15º eléctricos del centro de los polos del estator en el sentido contrario al original. Propiedades: - Buen par de arranque. - Mala regulación de velocidad. - La velocidad se puede controlar, variando el voltaje aplicado al motor. - La rotación se invierte desplazando las escobillas 15º al otro lado del centro del polo del estator. Aplicación: Prensas de imprenta en las que se desea una regulación de la velocidad del miembro impulsor.  MOTOR DE ARRANQUE POR REPULSIÓN Y MARCHA POR INDUCCIÓN Existen dos tipos: El de levantamiento de escobillas y el de escobillas rodantes. El estator y el rotor son iguales al de un motor de repulsión. Se diferencia en que tiene un mecanismo centrífugo que funciona al 75% de la velocidad de régimen. En el tipo de levantamiento de escobillas al llegar al 75% de la velocidad de régimen, levanta las escobillas y el motor sigue funcionando por inducción. En el tipo de escobillas rodantes, el mecanismo centrífugo corto— circuita las delgas del colector al llegar el inducido al 75% de la velocidad de régimen y sigue funcionando por inducción. Propiedades: - Fuerte par de arranque. - Buena regulación de la velocidad. - La rotación se invierte de la misma forma que para el motor de repulsión Aplicación: Refrigeradores, compresores, bombas.  MOTORES DE INDUCCIÓN – REPULSIÓN El funcionamiento es igual al de un motor de arranque por repulsión y marcha por inducción, sin embargo, no tiene mecanismo centrífugo. Este motor tiene un devanado en jaula de ardilla debajo de las ranuras del inducido. 29

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Propiedades - Buen par de arranque. - Buena regulación de la velocidad. - Debido a que no tiene mecanismo centrífugo tiene poco mantenimiento. - Actualmente es el más utilizado de los motores de repulsión. Aplicación: Aplicación similar al motor de arranque por repulsión y marcha por Inducción. INVERSIÓN DE GIRO EN EL MOTOR MONOFÁSICO: Para invertir el giro de los motores monofásicos es suficiente con invertir la conexión de una de las dos bobinas.

7. EL MOTOR UNIVERSAL Funcionan con c.a. y c.c. y son de fracción de 1 hp y son usados principalmente en aparatos electrodomésticos. El inducido es igual al de un motor de c.c. funciona a la misma velocidad con c.c. o c.a. La velocidad se puede regular por medio de reóstatos y bobinas de tomas múltiples devanadas en torno del campo. Como es un motor serie, la carga siempre debe estar conectada al motor. La rotación se puede invertir cambiando la dirección de la corriente ya sea en el circuito de campo o en el inducido. El motor universal es el mismo motor serie de c.c. en el cual se ha alterado el diseño básico: Las pérdidas por histéresis se reducen empleando hierro al silicio laminado de alta permeabilidad; las pérdidas por corrientes parásitas se reducen al mínimo construyendo los circuitos magnéticos (estator , núcleo) con láminas de hierro - silicio especial; la reactancia del bobinado de campo se reduce empleando núcleos de polos cortos y bobinados de pocas vueltas; la reactancia del inducido se reduce utilizando bobinas compensadoras que se montan en el núcleo del estator

30

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Aplicación: Licuadoras, aspiradoras, batidoras, etc. 8. MOTOR TRIFASICO ASINCRONO Son los más utilizados en la industria por su sencillez, y fácil o casi nulo mantenimiento. El motor asíncrono trifásico es una máquina eléctrica que funciona en cualquier posición, lo que le hace adaptable a todo uso. El principio de funcionamiento se basa en los fenómenos de inducción electromagnética. Poseen un buen par de arranque y consiguen mantener su velocidad bastante estable para diferentes regímenes de carga. Su velocidad depende de la frecuencia que se le aplica y del número de polos que forma su bobinado. Por lo tanto, la forma de regular la velocidad de giro consiste en alimentarlos a través de variadores electrónicos de frecuencia o conmutadores de polos. Un motor trifásico de igual potencia a uno monofásico tiene mayor eficiencia y menor tamaño. La diferencia fundamental entre un motor trifásico y uno monofásico consiste en que en la carcasa o estator se alojan tres (3) bobinados (en estrella o triángulo) de trabajo (uno por cada fase) y además no poseen bobinado de arranque, ya que se ponen en marcha por sí solos. Para potencias mayores a 2 hp es recomendable usar los trifásicos. Con respecto a los motores de gasolina o diesel, tienen las siguientes ventajas:  La puesta en marcha es inmediata.  Son más livianos (fácil transporte) y se acoplan fácilmente a cualquier clase de máquina.  El arranque, parada y control es rápido y efectivo y es posible controlarlo remotamente.  Tiene gran potencia de arranque.  El funcionamiento y servicios de mantenimiento son seguros.  Operan silenciosamente.  Mantenimiento es muy poco y su vida es larga.  Son compactos y ocupan un espacio muy limitado.  Su costo de operación es más económico. 31

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Dependiendo del tipo de rotor que utilicen, existen dos tipos fundamentales: a) Motores de rotor en cortocircuito o jaula de ardilla b) Motores de rotor bobinado. a) MOTOR EN JAULA DE ARDILLA Es un motor de inducción que tiene el rotor en jaula de ardilla como los monofásicos. Existen de jaula de ardilla sencilla y doble. En la figura se muestra este tipo de rotor.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Si se dispone de un imán en forma de U, de tal forma que pueda girar por su eje central mediante una manivela. Muy próximo a los polos se sitúa un disco de material conductor (cobre o aluminio), de tal forma que también pueda girar. Cuando sé hacer girar el imán permanente se puede observar que el disco también gira, pero a un poco menos velocidad que el imán.

El imán, en su giro, hace que las líneas de campo magnético que atraviesan el disco sean variables (movimiento relativo del campo magnético frente a un conductor eléctrico fijo), por lo que según el principio de inducción electromagnética (ley de Faraday) en el disco se induce una f.e.m. que, al estar en cortocircuito, hace que aparezcan unas corrientes eléctricas por el mismo. Al estar estas corrientes eléctricas inmersas en el campo magnético del imán, se originan en el disco un par de fuerzas que ponen el disco en movimiento, siguiendo al campo magnético. El disco puede se de cobre como de alumino pero nunca puede 32

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

alcanzar la misma velocidad de giro que el imán, ya que si ocurriese esto, el movimiento relativo de ambos se anularía y el campo magnético dejaría de ser variable, por lo que desaparecería la f.e.m. inducida y con ella el par de fuerzas. CAMPO GIRATORIO: Si se consigue crear un campo giratorio aprovechando las variaciones de corriente de un sistema de corriente alterna trifásica, como el desarrollado por el imán de la experiencia anterior, se podrá hacer girar el roto de un motor asíncrono. En el estator se alojan tres bobinas desfasadas entre sí 120º. Cada una de estas bobinas se conecta a cada una de las fases de un sistema trifásico, por lo que por cada una de ellas circularán las corrientes instantáneas i1 i2 e i3. Analizando los valores que alcanza el flujo magnético creado por cada una de estas corrientes en cada instante del tiempo, se comprueba que se genera un campo magnético de carácter giratorio.

ALOJAMIENTO DE BOBINAS EN EL MOTOR

CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO

Para el instante (0) la corriente de una fase es cero la segunda fase posee un valor positivo y la tercera negativo, Io que provoca un campo magnético instantáneo del sentido marcado por la flecha de la figura (0). En el punto (1), la segunda fase es cero mientras que la fase una es positiva y creciendo de valor la tercera fase sigue 33

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

siendo negativa pero decreciente en valor, en la postura 2 la tercera fase ha llegado a cero, mientras que la fase uno es positiva pero comienza a disminuir de valor la segunda fase ahora es negativas y aumentando de valor, el valor predominante de los polos ha hechos que el campo magnético haya pasado del punto (0) al (2) girando cada vez un sexto del total positiva, por lo que, tal como se puede observar en la figura 5, el campo magnético ha avanzado 1/6 de ciclo. Si se sigue estudiando punto por punto, se llaga al punto (6) donde comienza de nuevo el ciclo del campo giratorio, que en este caso avanza a la misma velocidad angular que el de la pulsación de la corriente. La velocidad del campo giratorio depende del número de polos que se consigan al realizar los devanados en el estator. En la explicación se ha empleado un devanado de un par de polos. Por lo que la velocidad conseguida por el campo giratorio coincide con la pulsación angular, es decir: w = 2πf (radianes/segundo) = 60 f (revoluciones por segundo) Si se dispone un bobinado con dos pares de polos se necesitarán dos ciclos completos para conseguir una revolución completa del campo giratorio, por lo que la expresión general de la velocidad del mismo podría quedar así

n = nº de revoluciones por minuto (r.p.m.) f = frecuencia de la red en Hz p = nº de pares de polos PARTES DEL MOTOR: Las partes del motor, son las siguientes : - Carcasa: Se construye de varias formas según el tamaño del motor; la base forma parte integral de la carcasa para que el motor descanse bien asentado sobre su estructura. - Caja de bornes: Se emplea para conectar los terminales de las bobinas y concentrar los conductores de alimentación. - Escudos: Sirven para cerrar el motor y sostener el eje del motor por medio de sus cojinetes. Se unen a la carcasa por medio de tornillos de fijación. - Eje: Es la parte donde se sostienen los componentes del rotor y además sirve para la fijación de la polea en uno de sus extremos y el ventilador en el otro. - Ventilador: Viene colocado en uno de los extremos del eje y mantiene refrigerado el motor para evitar su recalentamiento. - Rotor: Es sólido montado sobre el eje y es en forma de jaula de ardilla, puede ser sencillo o doble. - Estator: Está formado por su núcleo y bobinado. El núcleo es laminado hecho de chapas laminadas y viene ranurado para alojar las bobinas. Las bobinas cubren el 34

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

ranurado del estator y deben estar bien aisladas para asegurar el perfecto funcionamiento del motor. CONEXIONES: Las conexiones básicas del bobinado del estator de un motor trifásico son en estrella o en triángulo, según las características del motor y el voltaje de la red. En la figura se presentan estos dos tipos de conexiones y la conexión a realizar en la placa de bornes.

MOTOR DE DOS VELOCIDADES: El motor de dos velocidades es con frecuencia una solución elegante y económica de problemas complejos. Según sea la naturaleza de la corriente, la relación de velocidades y las de potencias, estos motores tienen uno o dos bobinados. Motor de un solo bobinado: Es el más sencillo y más usado de los motores de dos velocidades, sus características son las siguientes: - Velocidades en la relación de 1 a 2. Ejemplo: 3000 y 1500 rpm; 1500 y 750 rpm; 1000 y 500 rpm. - Relación de potencias bien definidas para un tipo de motor y una gama de velocidades dada. Ejemplo: 4hp y 1500 rpm; 2 hp y 750 rpm. - Una sola tensión de alimentación. Motor de dos bobinados: Cuando la aplicación prevista requiere una relación diferente de velocidades y potencias se adopta un motor de dos bobinados, cada uno de los cuales corresponde a una polaridad y son alimentados alternativamente según la velocidad que se desee. Sus características son:

35

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

- Las potencias y velocidades pueden elegirse según sea su aplicación. Ejemplo: 3 hp a 3000 rpm o ½ hp a 500 rpm; 3hp a 1500 rpm o 2hp a 1000 rpm. - Una o dos tensiones de alimentación - Corriente de arranque mayor a la de un motor con un solo bobinado. Existen también motores de doble tensión cuyo bobinado de estator es doble. Ejemplo: 220V /440. Para conectar el motor a 220V sus bobinados se conectan en paralelo y para hacerlo a 440 V sus bobinados se conectan en serie.

b) MOTOR CON ROTOR BOBINADO Es un motor que tiene estator igual al de jaula de ardilla y el rotor viene bobinado en estrella cuyos terminales van conectados a tres (3) anillos colectores rozantes fijados en el eje del motor. Los anillos colectores se conectan a un control de velocidad conformado por resistencias rotatorias y hace el oficio de arrancador. La puesta en marcha se hace en 2, 3,5 tiempos, según el caso por eliminación de las resistencias intercaladas en el circuito del rotor.

36

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

En estos motores, el estator posee las mismas características que el del motor de rotor en cortocircuito, pero el rotor se construye insertando un devanado trifásico en las ranuras de un núcleo cilíndrico de chapas magnéticas. Este devanado se conecta normalmente en estrella y los tres terminales restantes se conectan a tres anillos rozantes. Unas escobillas frotan estos anillos y permiten conectar unas resistencias externas en serie con el fin de poder limitar la corriente rotórica.

En la placa de características de estos motores aparecen tres nuevos terminales correspondientes al bobinado del rotor, que para no confundirlos con los del estator se indican con las letras minúsculas u, v, w. El principio de funcionamiento es exactamente igual que el del rotor en cortocircuito, pero ahora es posible la regulación directa de la corriente rotórica y con ella, la propia corriente del estator. Este sistema tiene la ventaja de que no es necesario disminuir la tensión en el estator para disminuir el flujo y, con él, la corriente rotórica, que siempre trae consigo una reducción del par motor. El arranque se hace en sucesivos escalones, obteniendo un arranque con corriente suave en el estator con un buen valor de las resistencias rotóricas, con el par máximo. El gran inconveniente que presentan estos motores frente a los de jaula de rotor en cortocircuito es que resultan bastante más caros y necesitan de un mayor mantenimiento. En la actualidad el control electrónico de los motores asíncronos de rotor en cortocircuito ha desplazado en casi todas las aplicaciones al motor de rotor bobinado, quedando este último para casos especiales donde se requiera un par de arranque muy elevado (grúas, instalaciones de media tensión, etc.). MOTOR ROTOR BOBINADO CON REÓSTATO ROTÓRICO

37

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Los motores de rotor bobinado llevan reóstato de arranque para poner todas las resistencias en serie con el devanado del inducido. Conforme adquiere velocidad se quitan resistencias, hasta poner en corto circuito las tres puntas de la estrella del rotor, en este momento se puede levantar las escobillas del rotor, y evitar el desgaste por el roce, al manipular el volante que alzan las escobillas, al mismo tiempo entran tres cuchillas que ponen en corto el bobinado en estrella del rotor. Cuando se para el motor, se vuelven a bajar las escobillas y se coloca el reóstato de arranque en la posición de inicio para la próxima arrancada. Si no se hace esta operación, cuando se ponga en marcha de nuevo, el motor arranca normalmente, lo único que sucede es que consume igual que un motor de jaula de ardilla durante el tiempo de arranque.

9. MOTOR TRIFASICO SINCRONICO Contrario a los anteriores motores trifásicos, el motor trifásico sincrónico tiene la velocidad del rotor igual a la velocidad del campo magnético del estator, esto es, su deslizamiento es cero. Su estator es igual al de jaula de ardilla, pero su rotor está compuesto por un bobinado de polos salientes y en su interior otro en jaula de ardilla. 38

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

¿Por Qué Utilizar Motores Sincrónicos? Las aplicaciones de los motores sincrónicos en la industria, la mayoría de las veces, resultan en ventajas económicas y operacionales considerables, debido a sus características de funcionamiento. Las principales ventajas son: Corrección del factor de potencia: Los motores sincrónicos pueden ayudar a reducir los costos de energía eléctrica y mejorar el rendimiento del sistema de energía, corrigiendo el factor de potencia en la red eléctrica donde están instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualarse al valor invertido en el motor. Velocidad constante: Los motores sincrónicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecarga como durante momentos de oscilaciones de tensión, respetándose los límites del conjugado máximo (pull-out). Alto rendimiento: En la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro de energía. Los motores sincrónicos son proyectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energía para una gran variedad de cargas. Alta capacidad de torque: Los motores sincrónicos son proyectados con altos torques en régimen, manteniendo la velocidad constante, incluso en aplicaciones con grandes variaciones de carga. Mayor estabilidad en la utilización con convertidores de frecuencia: Puede actuar en un amplio rango de velocidad, manteniendo la estabilidad independiente de la variación de carga (ej. laminadoras, extrusoras de plástico, etc.). APLICASIONES: Los motores sincrónicos son fabricados específicamente para atender las necesidades de cada aplicación. Debido a sus características constructivas, operación con alto rendimiento y adaptabilidad a todo tipo de ambiente, son utilizados en prácticamente todos los sectores de la industria, tales como:       

Minería (moledoras, molinos, cintas transportadoras y otros) Siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas y compresores) Papel y celulosa (extrusoras, picadoras, desfibradoras, compresores y refinadoras) Saneamiento (bombas) Química y petroquímica (compresores, ventiladores, extractores y bombas) Cemento (moledoras, molinos y cintas transportadoras) Goma (extrusoras, molinos y mezcladoras)

39

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Características: - Velocidad rigurosamente constante y funcionamiento estable si la carga no sobrepasa cierto límite. De lo contrario, se inmoviliza rápidamente y el estator puede tomar corrientes peligrosas para su bobinado. - La velocidad es función de la frecuencia de la red y del número de polos del estator. rpm = 120f/p donde f = frecuencia de la red, p = No de polos - Colocando un reóstato en el circuito del rotor se puede sobre excitar y con ello mejorar el factor de potencia de la red. Hace las veces de un condensador y por esos se le llama condensador sincrónico. - Se usa cuando se requiere una velocidad rigurosamente constante como en telares, máquinas - herramientas, etc. 10. OTROS MOTORES SERVOMOTORES

Características:  Motor de corriente continua (C.C.).  Excitación basada en imanes cerámicos permanentes de elevada energía intrínseca y fuerza coercitiva.  Buena regulación y estabilidad.  Par elevado.  Posibilidad de fuertes aceleraciones y desaceleraciones.  Gran estabilidad de marcha, incluso a bajas velocidades.  Amplio campo de variación de giro.  Elevada inercia térmica.  Admite sobrecargas prolongadas.  Para cargas de pequeña y media potencia. Aplicaciones: Este tipo de motor se utiliza principalmente para el movimiento de máquinas herramientas con avance convencional o numérico.

40

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

Acoplamiento directo al eje individualizando los movimientos, con movimientos precisos y controlados a lo largo del proceso. También se utilizan en otro tipo máquinas que precisen avances precisos. MOTORES BRUSHLESS Las ventajas del motor Brushless y su equipo de control asociado, vienen dado por las posibilidades que tiene en el control de la velocidad y posicionamiento exacto de los mecanismos accionados por el motor, respecto a las necesidades de la máquina a que se aplica, además de respuestas muy rápidas a las señales de arranque, paro, variaciones en la marcha, etc.

Principio de los motores Brushless: Los motores Brushless, o motores auto síncronos, o motores de c.c. sin escobillas, son una concepción moderna del clásico motor de c.c., donde la electrónica juega una parte importante en su funcionamiento y regulación. Los motores Brushless están constituidos por: - Imanes de alta energía. Circuito magnético de hierro con su devanado. - Captor para control de fase, velocidad y posición. El control sinusoidal evita frecuencias armónicas, asegurando la continuidad de giro a baja velocidad. En resumen, el motor Brushless es un motor autopropulsado de corriente continua y sin escobillas. Prestaciones de este tipo de motores - Elevado par másico. Prestaciones elevadas. Fiabilidad. Menor mantenimiento. - Exactitud en el control de la velocidad y regulación. - Alta capacidad de velocidad. Baja pérdida en el rotor. Baja inercia en el rotor 41

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

- Motor de construcción cerrada, adecuado para ambientes de trabajo sucios. - No tiene los inconvenientes destructivos de los motores de c.c. clásicos. Entre los inconvenientes se citan tan sólo los de tipo económico, como son: - Variador más sofisticado y caro. Motores algo más caros. Tanto variadores como motores se están poniendo más competitivos con los motores clásicos de c.c. Aplicaciones a) Máquina herramienta - Centros de mecanizado - Tornos, Fresadoras, Rectificadoras, Mandriladoras b) Robótica - Robots de soldadura, Robots de montaje - Manipuladores, Pórticos, Ensamblado c) Maquinaria industrial - Enrolladoras, Trefiladoras, Alimentadoras, Manutención, Dosificación 11. SISTEMAS PARA ARRANQUE DE MOTORES a. Arranque estrella-triángulo Es uno de los métodos más empleado y mejor conocidos con el que se pueden arrancar motores desde 2´2 Kw hasta 11 Kw de potencia. Consiste en conectar el motor primero en estrella para, una vez arrancado, conmutar a la conexión en triángulo. Para que esto se pueda llevar a cabo, se debe utilizar un motor que esté preparado para funcionar a la tensión inferior conectado en triángulo. Así, por ejemplo, un motor de 220/380 podrá ser arrancado en una red de 220 V. Si a un motor de las características indicadas se le conecta primero en estrella, cada una de las bobinas del mismo quedará sometido a una tensión 1´73 inferior que si hubiese conectado en triángulo. Con ello se consigue que la intensidad en el arranque quede disminuida a la tercera parte respecto al arranque directo en conexión en triángulo. El par también queda reducido a la tercera parte, lo que conviene tenerlo en cuenta si el motor arranca con toda la carga. Por esta razón, conviene que el motor arranque en vacío o con poca carga (Ver esquema de prácticas). b. Arranque por resistencias estatóricas Consiste en reducir la tensión que producen unas resistencias conectadas en serie con el estator. Este sistema tiene el inconveniente de que se consigne disminuir la corriente en función lineal de la caída de tensión producida. Sin embargo, el par 42

MOTORES ELECTRICOS

C.A.P. ING. MECANICA ELECTRICA

queda disminuido con el cuadrado de la caída de tensión, por lo que su aplicación se ve limitada a motores en los que el momento de arranque resistente sea bajo. En los esquemas de prácticas se muestra el circuito de fuerza y de maniobra de este tipo de arranque. c. Arranque por autotransformador Consiste en conectar un autotransformador en la alimentación del motor. De esta forma se consigue reducir la tensión y con ella la corriente de arranque. El par de arranque queda reducido en este caso en la misma proporción que la corriente, es decir, al cuadrado de la tensión reducida. Este sistema proporciona una buena característica de arranque, aunque posee el inconveniente de su alto precio.

12. BIBLIOGAFIA    

Electricidad industrial/ CEDECO Control de motores de eléctricos de Jorge Antonio Polania Puentes WEG- Catalogo de motores sincrónicos. http://es.wikipedia.org/wiki/Motor

43