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I.- CONTROL DE MOTORES UNIVERSALES
Motor Universal
Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional, de corriente alterna,
diseñados especialmente para usarse en potencia ya sea de corriente continua o de corriente
alterna. Recordemos que el motor serie de corriente continua se caracteriza por disponer de
un fuerte par de arranque y que la velocidad del rotor varía en sentido inverso de la carga,
pudiendo llegar a embalarse cuando funciona en vacío. Estos motores tienen la misma
característica de velocidad y par cuando funcionan en c.a. o en c.c. En general, los motores
universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de
espiras de su armadura es reducido y por lo tanto, también lo será su reactancia de
armadura. Como resultado, los motores inferiores a 3/8 de caballo de fuerza generalmente
se construyen sin compensación. El costo de los motores universales no compensados es
relativamente bajo por lo que su aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros,
por ejemplo: aspiradoras, taladros de mano, licuadoras, etc. El motor universal es sin duda,
el más utilizado en la industria del electrodoméstico. Su nombre deriva del hecho de que
puede funcionar tanto en corriente alterna como en corriente continua. Para que un motor
de este tipo pueda funcionar con c.a. es necesario que el empilado de su inductor (el núcleo
de los electroimanes) sea de chapa magnética para evitar las corrientes de Foucault. Por
otra parte, la conmutación resulta en los motores universales que en los de corriente
continua, por lo que la vida de las escobillas y el colector es más corta, inconveniente que
reduce mucho el campo de aplicación de los motores universales.
Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente se trata
del devanado compensador del motor serie o un devanado de campo distribuido
especialmente para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura.
Su esquema de conexiones y sus características de funcionamiento corresponden a las de
un motor serie.
El estator de los motores universales que se utilizan en electrodomésticos (y también para
otros servicios) suele ser bipolar, con dos bobinas inductoras.
La parte más delicada y de construcción más laboriosa de estos motores es el rotor o
inducido. Núcleo, bobinados, colector y eje requieren una construcción muy cuidada. En
general, los motores universales para electrodomésticos están calculados para girar a altas
velocidades; y como los entrehierros son pequeños, cualquier descentramiento o
desequilibrio existente en el conjunto rotor produce vibraciones que pueden perturbar el
funcionamiento y dañar seriamente el motor. Estos motores se someten a una operación de
equilibrado que se efectúa con complicados instrumentos electrónicos.
El eje, que gira a gran velocidad, debe sustentarse en rodamientos de bolas o sobre
casquillos de bronce poroso autolubricantes.
La velocidad de estos motores depende de la carga: a más carga, menos velocidad y
viceversa. Esta propiedad y el poseer un elevado par de arranque son lo más característico
de los motores universales.
o Estos motores tienen bobinado el estator y el rotor , cuentan con colector y sus dos
bobinados están en serie.
o Están construidos en forma similar a uno de Corriente Continua
o El colector y la escobillas actúan como un conmutador y mantiene al rotor girando.
o Mediante la acción de invertir los polos del campo respecto al de la armadura.
II.- CONTROL ELECTRÓNICO DE MOTORES ELÉCTRICOS
INTRODUCCIÓN
Algunas cargas industriales que: requieren ser accionadas por motores
Eléctricos, necesitan que estos operen con distintos pares y velocidades, en ambos
sentidos de rotación (normal y contrario) y eventual-" mente sean frenados, en el caso de
las máquinas de corriente directa, los motores deben poder operar en el sentido de las
manecillas del reloj o en sentido contrario y en ciertos casos como generador,
En el diseño de los sistemas de control de motores eléctricos, ya sea electromagnético o
electrónico, se trata de variar la velocidad y el -par en la forma mas "suave" posible, es
decir en una forma continua, sin variaciones bruscas para satisfacer los requerimientos de
la carga, la incorporación de los dispositivos semiconductores en el control de motores
eléctricos has producido un cambio importante en el concepto de control de las
máquinas eléctricas, ya que además de ser confiables resultan de aplicación relativamente
económica. En este capítulo se trata de introducir algunos de los conceptos importantes
del control -de motores eléctricos,
En el caso de las máquinas de c, d. El control se basa en la variación del voltaje y la
corriente, en tas máquinas de corriente alterna, el control se efectúa frecuentemente
variando el Voltaje y la frecuencia, en cuanto a las razones para aplicar motores de corriente
alterna en lugar de motores de corriente directa en algunos procesos de control, se pueden
mencionar las siguientes:
A) Las máquinas de corriente alterna no requieren de conmutador, en consecuencia
necesitan menos movimiento.
B) En general las maquinas de corriente alterna pesan menos que las de corriente
directa y también cuestan menos.
C) las máquinas de corriente alterna son mas resistentes, fáciles de reparar y trabajan
mejor en ambientes hostiles.
A.- CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR UNIVERSAL CON SCR
En términos generales se puede afirmar que en el llamado control electrónico de
motores eléctricos, existen para una misma función distintos circuitos o un circuito con
variantes, esto se debe principalmente a que las componentes que intervienen son de
distintos fabricantes esto es lo que establece algunas de las diferencias. Un sistema de
control de este tipo es de media onda debido a que el rectificador de licio controlado
permite el paso de pulsos alternos de la línea de alimentación, estos pulsos
unidireccionales son partes fraccionables) las alternaciones, tan larga es la fracción
gobernada por el tiempo en el ciclo de corriente alterna, como el SCR es disparado.
este tiem1 está en parte, determinado por el desplazamiento de fase producido la unión
de c1 y p1 con respecto al cátodo del SCR. El control de este desfasamiento de fase se
obtiene por el control de P1.
MOTOR UNIVERSAL
B.- CIRCUITO DE CONTROL DE VELOCIDAD CON SCR, TIPO GENERAL ELECTRIC PARA MOTOR UNIVERSAL
Aun cuando el motor recibe energía pulsante por medio de la acción de este circuito, el
índice o capacidad de repetición de los pulsos es lo suficientemente rápida como para
desarrollar un par esencialmente suave, en la medida que el SCR dispare en el ciclo de
C.A.,se reduce la corriente promedio a través del motor, se desarrolla menor par interno y la
velocidad se reduce por lo tanto, en tal sistema de media onda, la velocidad mas alta del
motor es menos que si el motor se conectará directamente a la línea de alimentación, esto
en realidad resulta obvio por las siguientes consideraciones: la velocidad mas alta se
obtendría con el SCR conduciendo al total de los 180 grados de cada alternación de C.A.,
pero el SCR, operando en esta forma podría simular a un diodo rectificador ordinario, EL,
motor entonces "PODRÍA VER" a una simple fuente de alimentación de media onda, la
rectificación de media onda hace que solo el 45% de la corriente promedio este disponible a la
carga con respecto a la conexión directa a la fuente de alimentación (el. Concepto de
corriente promedio se usa en lugar del de valor eficaz de corriente, debido a que durante la
operación, el par depende de una corriente promedio),
Métodos De Control De Un Relevador Usando SCR O TRIAC
CONTROL DE VELOCIDAD CON TRIAC CON REGULACION DE VELOCIDAD MEJORADA
CIRCUITO PARA EL CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR UNIVERSAL
En algunas aplicaciones se conecta un switch a través del SCR con objeto de proporcionar la
opción de operación del motor a plena potencia.
Aun con la baja eficiencia de la rectificación de media onda, el. Proceso se presenta con muy
poca disipación de energía, por lo tanto, un -sistema de control como el de la figura anterior
es mucho mas eficiente que un sistema de control de velocidad a base de un simple reóstato.
la característica básica par velocidad del motor no se altera en forma apreciable. En forma
global el resultado es que en motores grandes, el control por este método se puede hacer con
una mínima disipación de calor.
En el circuito, el bulbo de neón usado, debido a su alto voltaje de encendido, es relativamente
inmune a los encendidos erráticos. Esto es algunas veces una importante consideración
debido a los transitorios impuestos a la línea por el chisporroteo en las escobillas.
CONTROL DE VELOCIDAD REGULADA PARA MOTORES UNIVERSALES
El control de velocidad de motores universales tiene algunas variantes en su circuito como se ha mencionado antes, una alternativa la presentan los llamados circuitos retroalimentados como el, mostrado en la figura.
CONTROL DE VELOCIDAD CON RETROALIMENTACION A BASE DE SCR,
TIPO GENERAL ELECTRIC PARA MOTOR UNIVERSAL
Aun cuando no existe una conexión obvia entre la salida y la entrada, este circuito de media
onda incorpora "la retroalimentación "debido a esto, la velocidad del motor universal en
cualquier posición del potenciómetro P1 no desvía un amplio margen al par. Es decir que la
característica "natural" del motor se modifica en forma electrónica, esto es altamente
significativo y por si mismo ejemplifica una ventaja única del control electrónico; permite a
los diseñadores de motores producir un motor con costos optimizados, conmutación y
flexibilidad.
El comportamiento o la relación par - velocidad se puede manipular en forma electrónica,
de esta manera, el motor con la mas -pobre regulación de velocidad se le puede convertir a
un motor casi de velocidad constante.
LA RETROALIMENTACIÓN SE PRESENTA EN LA FORMA SIGUIENTE:
Cuando el SCR no está conduciendo, la rotación del motor continua generando una fuerza
contra electromotriz, la cual es polarizada para inhibir el disparo del SCR. Para que el SCR
sea encendido, un voltaje que es igual al voltaje de disparo mas el valor de la fuerza contra
electromotriz del motor se debe aplicar al circuito de la compuerta, esta recibe este voltaje
de la salida de baja impedancia del emisor que sigue la etapa q1.la etapa q1 a su vez,
muestrea los voltajes de encendido Q1 de la red divisora que contiene a R1, P1, CR2, C1 y
C2.
El transistor Q1 funciona como un amplificador de corriente y en cualquier posición de
ajuste del potenciómetro P1 el voltaje aplicado a la compuerta del SCR por Q1, se puede
considerar como un voltaje de referencia, la compuerta del circuito del SCR compara este
voltaje de referencia con la fuerza contra electro motriz del motor.
Supóngase que el motor se encuentra operando y que una fuerza mecánica adicional se
aplica a su eje tal que demanda una mayor corriente productora del par y acompañada de
una reducción en la fuerza contra electromotriz, esto hace que el SCR conduzca con un
menor voltaje de salida de Q1, tal voltaje se dispone en el inicio del ciclo de C.A, de manera
que el SCR ahora entrega un voltaje promedio incrementado al motor, el motor a su vez
desarrolla un par incrementado.
6.2,2, EL CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES UNIVERSALES
POR MEDIO DEL TRIAC.
En el capítulo anterior se estudió el dispositivo electrónico conocido como Triac, una de las
aplicaciones que tiene en el control de motores de corriente alterna, se encuentra en el
control de velocidad de los motores universales. Este tipo de control permite un amplio
rango de control de velocidad así como un comportamiento "suave" del motor, estas
características deseables se obtienen con el uso de un Triac de control de onda completa
con una red de desfasamiento de doble fase, el control de onda completa permite la
aplicación de casi la potencia completa al motor en el rango alto de control del motor.
Motor universal
120VCA, 60HZ 240VCA, 60HZ
RI 100K,1/2W 200K,IW
CI 0.1μF1 200V 0.1μF1 400V
C3 0.22μF1 200V 0.22μF1 400V
Y T27008 T2700D
El triac no proporciona rectificación de onda completa su mecanismo de control resulta aun
mejor que los propósitos manuales, como antes se mencionó, el triac funciona como dos
SCRS conecta dos "espalda a espalda" pero sin las complicaciones de las compuertas de los
SCRS que se tendrían si se usaran dos SCRS.
El triac no proporciona rectificación de onda completa su mecanismo de control resulta aun
mejor que los propósitos manuales, como antes se mencionó, el triac funciona como dos
SCRS conecta dos "espalda a espalda" pero sin las complicaciones de las compuertas de los
SCRS que se tendrían si se usaran dos SCRS.
El voltaje que se entrega a la carga es siempre una onda senosoidal, las fracciones variables
de la verdadera onda senosoidal se obtienen variando el ajuste del tiempo de la señal de
disparo de la compuerta, la red desfasadora de doble fase contiene a R1, C1, R2 y C2. esta red
prácticamente elimina el efecto de HISTÉRESIS DISTURBANTE que caracteriza a las
redes monofásicas desfasadoras cuando los tiristores operan con ángulos de conducción
bajos, esta condición corresponde a los motores con baja velocidad, la parte del circuito
formada por R3 y C3 conectada a través del triac, es una precaución necesaria cuando cargas
inductivas, como es el caso de los motores, son usadas.
EL CIRCUITO DE CONTROL DE VELOCIDAD POR MEDIO DE TRIAC PARA
MOTORES DE INDUCCIÓN
El circuito de control de velocidad a base de triac para los motores de inducción que se
muestra en la figura siguiente, es similar al que se muestreó en el párrafo anterior que es
específicamente para motores de tipo universal,
120VCA, 60HZ 120VCA, 60HZ
CY
0.22μF1 200V T27008
0.22μF1 400V T2700D
Diagrama esquemático con los componentes para 2. Voltajes de alimentación circuito para
control de velocidad motores de inducción con triac
El circuito anterior incorpora un circuito sencillo de retardo de constante de tiempo para
retrasar la fase del disparo de la compuerta, este circuito de control de velocidad trabajo
mejor para los motores monofásicos de inducción de arranque con capacitor. Los motores
de polos sombreados resultan también apropia dos para este tipo de control,
En general con cualquier tipo de motor de inducción, esta técnica de control de velocidad
resulta apropiada cuando la carga es un ventilador o un extractor de aire, en donde un
pequeño cambio en la velocidad produce un cambio relativamente grande en -la velocidad
del aire. Otro aspecto favorable de estas cargas -es su requerimiento de bajo par de arranque
CONTROL EÍECÍRÓNICO DE MOTORES ELÉCTRICOS
Los motores de arranque con resistencia y de arranque con capacitor se pueden controlar
por medio del triac bajo ciertas condiciones. Por lo general es necesario limitar el rango de
control de velocidad, la velocidad no se debe reducir hasta el punto en donde el switch
centrífugo reconecta el devanado de arranque ( en motores de fase partida ) o el capacitor
de arranque,
EL SWITCH ELECTRÓNICO PARA LOS MOTORES DE INDUCCIÓN DE
ARRANQUE CON CAPACJTOR
Una tendencia muy definida de la evolución de la electrónica en los llamados sistemas de
potencia ha sido la sustitución de dispositivos mecánicos con dispositivos electrónicos de
estado sólido. la idea básica, es desde luego mejorar la confiabilidad y también cambiar el
comportamiento pasando la operación mecánica de algunas componentes, a operación
electrónica, con relación a los motores de corriente alterna, algunas veces parece -algo
incongruente usar un switch centrífugo en los motores de -inducción de arranque con
capacitor y entonces se intenta eliminar los contactos del switch. el uso de contactos
mecánicos ha sido común por muchos años, es confiable, pero ciertamente requiere de mas
mantenimiento,
El esquema mostrado en la figura siguiente muestra el uso del triac sustituyendo al switch
centrífugo convencional, el circuito de la compuerta del triac esta acoplado a la línea de c.a.
por medio de un transformador de corriente. El primario de este transformador consiste de
una o mas espiras de conductor de sección apropiada, de manera que la operación del motor
no se ve -apreciablemente afectada cuando se inserta el transformador en serie con la línea
de alimentación. el devanado secundario tiene un número de espiras tal que el triac es
encendido ( disparado ) por la corriente de inserción a través del devanado de trabajo del
motor.
switch electrónico para motores de inducción de arranque con capacitor.
Cuando el triac es encendido, el devanado de trabajo se energiza, en la medida que el motor
se aproxima a su velocidad de operación, la corriente a través del primario del
transformador de corriente no es suficientemente grande como para producir que el triac
sea encendido a través del devanado secundario, como -resultado el triac se desconecta y la
potencia no se suministra al devanado de arranque del motor. El capacitor C1 y la resis-
tencia R1 forman una red para prevenir encendidos inadvertidos del triac por efecto
inductivo del devanado de arranque.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES UNIVERSALES
Entre las ventajas de estos motores deben contarse éstas:
Que pueden construirse para cualquier velocidad de giro y resulta fácil conseguir
grandes velocidades, cosa que no puede conseguirse con otros motores de c.a.
Funcionan indistintamente con c.c. y/o con c.a.
Poseen un elevado par de arranque.
La velocidad se adapta a la carga.
Para regular la velocidad de giro basta con conectar un reóstato en serie con el
inducido.
Las desventajas de estos motores son:
Que contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica; es preciso
entonces comprobar el desgaste del colector, de las escobillas, el envejecimiento de
los muelles que las oprimen contra las delgas del colector, etc.
El contacto deslizante entre colector y escobillas produce chispas que pueden
perturbar el funcionamiento de los receptores de radio y de televisión que se
encuentran en zona próxima al motor.
Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos.
Su inducido es de difícil reparación, casi siempre resulta más ventajoso sustituirlo
por otro nuevo.
Los motores universales miniatura, como los que se utilizan en máquinas de afeitar y en
juguetería, por ejemplo, tienen el inducido mucho más simple; casi siempre con tres
bobinas arrolladas sobre núcleos en estrella. El colector, para que ocupe menos espacio,
deja de ser de tambor para convertirse en un colector de disco. También el estator es muy
simple, con una sola bobina.
En algunos juguetes que funcionan con c.a. el inductor es de dos piezas, una de ellas es
móvil. El movimiento de esta parte del inductor (que se produce siempre que se interrumpe
la corriente) arrastra el dispositivo del cambio de marchas.
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL
Los motores universales funcionan generalmente en altas velocidades, de 3.500 a 20.000
r.p.m., esto da lugar a un alto cociente de energía-a-peso y de energía-a-tamaño,
haciéndolos deseables para las herramientas hand-held, aspiradores y máquinas de costura.
Un motor universal tiene altas velocidades usando diversas corrientes de una fuente de
energía. El funcionamiento cerca de la carga clasificada es similar para todas las fuentes,
comenzar el esfuerzo de torsión es alto y la regulación de la velocidad es pobre, la
velocidad es muy alta en las cargas que son bajas. Teóricamente, en la carga cero la
velocidad llega a ser infinita, así algunos motores universales deben emplear controles de
velocidad.
Este motor está construido de manera que cuando los devanados inducidos e inductor están
unidos en serie y circula una corriente por ellos, se forman dos flujos magnéticos que al
reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la tensión aplicada es continua como alterna.
CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD DEL MOTOR UNIVERSAL
En la figura 1 se muestra una típica característica par-velocidad de un motor universal. Esta
característica difiere de la característica par-velocidad de la misma máquina que opera
conectada a una fuente dc por las 2 siguientes razones:
Los devanados del inducido y de campo tienen reactancia bastante grande a 50 o 60 Hz.
Una parte significativa del voltaje de entrada cae a través de estas reactancias; por tanto,
EA es menor para un voltaje de entrada dado durante la operación a.c. que durante la
operación d.c. Puesto que EA= kØω, para una corriente del inducido y un par inducido
dados, el motor es más lento en corriente alterna que en corriente continua.
Además, el voltaje máximo de un sistema es 2 veces su valor rms, de modo que podría
ocurrir saturación magnética cerca de la corriente máxima de la máquina. Esta saturación
podría reducir significativamente el flujo rms del motor para un nivel de corriente dado y
tiende a reducir el par inducido de la máquina.
VELOCIDAD Su velocidad depende de la carga, llegando a alcanzar en vacío velocidades elevadísimas
que para ciertos trabajos son inadmisibles; intercalando resistencias con los bobinados,
puede gobernarse entre amplios límites, la velocidad, sí bien a costa de pérdidas
relativamente elevadas.
Cuando haya que contar con períodos de marcha en vacío, a de preverse una resistencia
adecuada en paralelo con el inducido, para limitar su velocidad.
Se emplea como regulador de la velocidad la combinación de resistencias en serie y en
paralelo. La resistencia conectada en paralelo con el rotor atenúa el numero de revoluciones
de la maquina y la resistencia en serie limita su intensidad.
El ejemplo de aplicación de un motor universal a velocidad constante por ejemplo son las
máquinas de escribir, puede obtenerse mediante un freno centrífugo que regula
automáticamente el numero de revoluciones.
APLICACIONES DE LOS MOTORES UNIVERSALES
El motor universal tiene la característica par-velocidad descendente, fuertemente empinada
de un motor dc serie, de modo que no es adecuado para aplicaciones de velocidad
constante. Sin embargo, por ser compacto y dar más par por amperio que cualquier otro
motor monofásico, se utiliza en aplicaciones donde se requieren un peso ligero y alto par.
Aplicaciones típicas de este motor son las aspiradoras eléctricas, los taladros y las
herramientas manuales similares, así como los utensilios de cocina.
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CONSTRUCCIÓN DE LOS MOTORES UNIVERSALES
Las partes principales del motor universal con arrollamiento inductor concentrado son:
1. La carcasa.
2. El estator
3. El inducido.
4. Los escudos.
La carcasa suele ser por lo regular de acero laminado, de aluminio o de fundición con
dimensiones adecuadas para mantener firmes las chapas del estator. Los polos suelen estar
Motor universal (Fuente ac)
Motor serie (Fuente dc)
afianzados a la carcasa con pernos pasantes. Con frecuencia se construye la carcasa de una
pieza, con los soportes o pies del motor.
El estator o inductor, que se representa junto con otras partes componentes, consiste en un
paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente prensadas y fijadas mediante remaches
o pernos.
El inducido es similar al de un motor de corriente continuo pequeño. Consiste en un
paquete de chapas que forma un núcleo compacto con ranuras normales u oblicuas y un
colector al cual van conectados los terminales del arrollamiento inducido. Tanto el núcleo
de chapas como el colector, van sólidamente asentados sobre el eje.
Los escudos, como en todos los motores, van montados en los lados frontales de la carcasa
y asegurados con tornillos. En los escudos van alojados los cojinetes, que pueden ser de
resbalamiento o de bolas, en los que descansan los extremos del eje. En muchos motores
universales pueden desmontarse sólo un escudo, pues el otro está fundido con la carcasa.
Los portaescobillas van por lo regular sujetos al escudo frontal mediante pernos.
DETECCIÓN, LOCALIZACIÓN Y REPARACIÓN DE AVERÍAS EN MOTORES
UNIVERSALES
Pruebas: Tanto el arrollamiento inductor como el del inducido deben verificarse
detenidamente antes y después de su montaje. El arrollamiento inductor se comprobará en
busca de contactos a masa, cortocircuitos, interrupciones e inversiones de polaridad. No
hay que olvidar que antes de rebobinar un inducido hay que verificar el colector en busca
de posibles delgas en cortocircuito o contactos a masa.
Reparación: Las averías que pueden presentarse en los motores universales son las mismas
que ocurren en los de motores continua. A continuación, se enumeran las más corrientes:
1. Si se producen chispas abundantes en funcionamiento, las causas pueden ser:
Terminales de bobinas conectados a delgas que no corresponden.
Polos inductores con cortocircuito.
Interrupción en las bobinas del inducido.
Cortocircuito en las bobinas del inducido.
Terminales de bobinas invertidos.
Cojinetes desgastados.
Láminas de mica salientes.
Sentido de rotación invertidos.
2. Si el motor se calienta en exceso, puede ser debido a:
Cojinetes desgastados. Falta de engrase en los cojinetes. Bobinas con cortocircuitos. Sobrecarga. Arrollamientos inductores con cortocircuitos. Escobillas mal situadas.
3. Si el motor desprende humo, las causas pueden ser:
Inducido con cortocircuitos. Cojinetes desgastados. Arrollamientos inductores con cortocircuitos. Tensión inadecuada. Sobrecarga.
4. Si el par motor es débil, puede ser debido a:
Bobinas con cortocircuitos. Arrollamientos inductores con cortocircuitos. Escobillas mal situadas. Cojinetes desgastados.
