MAQUINAS ELECTRICAS

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YAROLY BRAVO MUÑOZ JUVENAL REINOSO

07/07/10 ELECTRICIDAD

Introducción

Introducción Los motores eléctricos de inducción en corriente alterna, son los dispositivos más usados cotidianamente para la ejecución de trabajos mecánicos. Los encontramos en todo tipo de aplicación: ventilación, refrigeración, aire acondicionado, bombeo, molinos, medios transportadores, etc., etc. Las principales causas por las que estos dispositivos sufren daños irreparables, se deben a las alteraciones del suministro eléctrico, exceso de trabajo mecánico asociado y problemas en la instalación eléctrica que alimenta al motor. En un segundo plano se encuentran los problemas asociados al deterioro de las partes que componen el motor. Tanto los motores monofásicos como los trifásicos son susceptibles a desperfectos debido a las causas antes mencionadas. Alteraciones del suministro eléctrico El desbalance de voltaje, la pérdida de una fase, la inversión de secuencia, el bajo voltaje y alto voltaje son alteraciones del suministro eléctrico que causan daños irreversibles a los motores eléctricos. Estas alteraciones dañan los motores y reducen su tiempo de vida. Incluso, pueden ocasionar accidentes que involucren al personal humano que interactúen con ellos. .-Suministro Eléctrico: La distribución de energía eléctrica consiste en el suministro de energía, mediante tres ondas de tensión sinusoidales desfasadas una de la otra en 120 grados. Una manera de representar estas formas de onda es la gráfica de voltaje en función del tiempo:

Maquinarias Eléctricas:

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía cinética en otra energía, o bien, en energía potencial pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tres grandes grupos: generadores, motores y transformadores.

Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que los motores transforman la energía eléctrica en mecánica haciendo girar un eje. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características.

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.

Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en rotativas y estáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores.

En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estator. Al espacio de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores eléctricos son el ejemplo mas simple de una maquina rotativa.

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o bien, en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético [1]. Se clasifican en tres grandes grupos:

1. Generadores. 2. Motores. 3. Transformadores.

Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, y lo inverso sucede en los motores.

El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna.

Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características.

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.

Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en:

1. Rotativas (Generadores y Motores). 2. Estáticas (Transformadores).

Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores. Para el estudio a realizar a continuación se clasificaran las máquinas como lo anteriormente visto: rotativas y estáticas.

Potencia de las máquinas eléctricas.

La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energía mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica y suministra energía mecánica.

La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de las condiciones externas a ella; en una dinamo del circuito exterior de utilización y en un motor de la resistencia mecánica de los mecanismos que mueve.

Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las características de la máquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los límites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Cuando una máquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se dice que está trabajando en sobrecarga.

Clasificación según el servicio.

Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina:

Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse.

Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro.

Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo.

Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse.

Rendimiento.

De manera general, se define como la relación entre la potencia útil y la potencia absorbida expresada en %

Máquinas eléctricas rotativas.

 Muchos dispositivos pueden convertir energía eléctrica a mecánica y viceversa [2]. La estructura de estos dispositivos puede ser diferente, dependiendo de las funciones que realicen. Algunos dispositivos son usados para conversión continua de energía, y son conocidos como motores y generadores. Otros dispositivos pueden ser: actuadores, tales

como solenoides, relés y electromagnetos. Todos ellos son física y estructuralmente diferentes, pero operan con principios similares.

Un dispositivo electromecánico de conversión de energía es esencialmente un medio de transferencia entre un lado de entrada y uno de salida, como lo muestra la Fig. 1.1. En el caso de un motor, la entrada es la energía eléctrica, suministrada por  una fuente de poder y la salida es energía mecánica enviada a la carga, la cual puede ser una bomba, ventilador, etc.

El generador eléctrico convierte la energía mecánica por una máquina prima (turbina) a energía eléctrica en el lado de la salida. La mayoría de estos dispositivos pueden funcionar, tanto como motor, como generador.

Fig. 1. 1. Diagrama de bloques de dispositivos electromecánicos de conversión de energía, (a) motor, (b) generador.

Flujos de potencia y pérdidas:

 Un sistema electromecánico de conversión tiene tres partes esenciales:

 (1) Un sistema eléctrico.

(2) Un sistema mecánico.

(3) Un campo que los une.

 Las pérdidas las podemos clasificar dentro de las siguientes categorías:

 1.- Pérdidas en el cobre de los devanados (rotor y estator): Las pérdidas en el cobre de una máquina son las pérdidas por calentamiento debido a la resistencia de los conductores del rotor y del estator: P=I2R.

2.- Pérdidas en el núcleo: Las pérdidas del núcleo se deben a la histéresis y a las corrientes parásitas. Con frecuencia a estas pérdidas se les conoce como pérdidas de vacío o pérdidas rotacionales de una máquina. En vacío, toda la potencia que entra a la máquina se convierte en estas pérdidas.

3.- Pérdidas mecánicas: Las pérdidas mecánicas se deben a la fricción de los rodamientos y con el aire.

4.- Pérdidas adicionales: Las pérdidas adicionales son todas aquellas pérdidas que no se pueden clasificar en ninguna de las categorías descritas arriba. Por convención, se asume que son iguales al 1% de salida de la máquina.

La eficiencia de una máquina es una relación entre su potencia útil de salida y su potencia total = (Psal/Pent) 100.de entrada:

Panorámica sobre el uso de las máquinas eléctricas rotativas. 

Como se ha expuesto anteriormente, con estos dispositivos electromecánicos de conversión, podemos transformar energía en ambos sentidos (MECANICA-ELECTRICA). Esto ha sido aprovechado por el hombre para construir sus sistemas generadores, transmisores y consumidores de potencia, los cuales son la base del desarrollo y actividad mundial. La figura 1.2 muestra a grandes rasgos un sistema de estos. 

Fig. 12. Sistema de generación, transmisión, distribución, y consumo de energía.

En la figura apreciamos que se utiliza una fuente de energía mecánica para mover el generador eléctrico. Esta fuente de energía mecánica puede ser la turbina de una hidroeléctrica o estar movida por el vapor de agua de una caldera o reactor nuclear; también podemos quemar combustible fósil en un motor de combustión interna.

El generador produce típicamente un nivel de 10 KV con grandes corrientes. Aquí termina la parte de "generación". 10 KV no es el nivel de voltaje adecuado para transmitir la energía eléctrica a grandes distancias, ya que las corrientes en las líneas serían muy grandes y las pérdidas I2R serían altísimas; por eso se eleva el voltaje a 400 KV y se reducen en 40 veces las corrientes, con lo que las pérdidas I2R disminuyen 1600 veces y el requerimiento del calibre del cable baja.

Al llegar a los centros de consumo (ciudades, corredores industriales, etc.), debemos reducir el nivel de voltaje a valores más seguros para la población (típicamente 13.5 KV). La distribución es el paso anterior al consumo. Finalmente, la energía llega al hogar, industria, etc., con un nivel seguro de 110 V, 220 V, donde es consumida en iluminación, refrigeración, calefacción, motores, etc. Aquí cabe también dar mérito al transformador por su participación en el sistema, la cual eleva la eficiencia de dicho sistema, evitando pérdidas y aumentando la seguridad en el manejo de la energía.

Conversión electromagnética.

 Como vimos anteriormente, el intermediario entre la energía mecánica-eléctrica y viceversa resulta de los dos siguientes fenómenos electromagnéticos:

 1.- Cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético, existe un voltaje inducido en el inductor (conductor). 

2.- Cuando un conductor con corriente es colocado en un campo magnético, el conductor experimenta fuerza mecánica.

 Esos dos efectos ocurren simultáneamente donde la conversión de energía se lleva a cabo. En acción motora, el sistema eléctrico hace fluir una corriente a través de conductores localizados en un campo magnético. Una fuerza es producida en cada conductor. Si el conductor tiene la posibilidad de rotar libremente, le será proporcionado un torque que tenderá a hacerlo rotar. Si los conductores giran en un campo magnético, un voltaje será inducido en cada conductor.

En la acción generadora, el proceso es al revés: la estructura giratoria (rotor) es movida por una máquina prima externa, entonces, un voltaje se inducirá en los conductores. Si una carga eléctrica es conectada a ellos, una corriente "I" fluirá, entregando energía a la carga. Sin embargo, la corriente fluyendo a través del conductor interactuará con el campo magnético que producirá un torque de reacción, que tenderá a oponerse al torque aplicado por la máquina prima.

Note que en ambas acciones generadoras y motoras, el campo magnético acoplador está relacionado con la producción del torque y del voltaje inducido.

Voltaje inducido (e)

 Una expresión puede ser derivada para el voltaje inducido en un conductor moviéndose en un campo magnético (fig. 1.3). Si un conductor de longitud "l" se mueve en una línea con velocidad "v" en un campo magnético "B". El voltaje inducido en el conductor es:

e = l (v x B)

Fig. 1.3. Conductor moviéndose en un campo magnético.

donde B, l y v son mutuamente perpendiculares.

Fuerza electromagnética (f)

Para el conductor con corriente mostrado en la figura 1.4, la fuerza (conocida como fuerza de Lorentz) producida por el conductor es:

F = i (v x B)

Fig. 1.4. Conductor con corriente moviéndose en un campo magnético.

donde B, l, i son mutuamente perpendiculares.

 Máquina rotativa elemental. 

Clasificación [3]

Estructura. La estructura de una máquina eléctrica tiene dos componentes principales: estator y rotor, separados por un entrehierro. 

Estator.

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación de la máquina. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores:

 a)     Estator de polos salientes

b)     Estator rasurado

 El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas  de acero al silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.

 Los polos de una máquina siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).

Rotor.

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

a)    Rotor ranurado

b)    Rotor de polos salientes

c)    Rotor jaula de ardilla

Carcasa.

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de máquina, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:

a)    Totalmente cerrada

b)    Abierta

c)    A prueba de goteo

d)    A prueba de explosiones

e)     De tipo sumergible

Base.

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación de la máquina, puede ser de dos tipos:

a)     Base frontal

b)     Base lateral

Caja de conexiones.

Por lo general, en la mayoría de los casos las máquinas eléctricas cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Tapas.

Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.

Cojinetes.

También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias de la máquina. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

a)     Cojinetes de deslizamiento. Operan el base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.

b)     Cojinetes de rodamiento. Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:

Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque. Son compactos en su diseño Tienen una alta precisión de operación. No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante. Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares

La figura 1.5 ilustra una de estas máquinas:

Fig. 1.5. (a) Estructura de una máquina sincrónica. (b) Estator laminado.

(c) Detalle de la flecha.

Características particulares de los motores eléctricos de corriente alterna.

Los parámetros de operación de una máquina designan sus características, es importante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parámetros determinantes para la operación de la máquina. Las principales características de los motores de C.A. son:

1 kW = 1000 W

1 HP = 747 W   =   0.746 Kw

1kW = 1.34 HP

2. Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo; en física la Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la potencia es el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo estas unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeñas para propósitos industriales. Por lo tanto, se usan el kilowatt (Kw.) y el caballo de fuerza (HP) que se definen como:

E = Voltaje o Tensión

VA = Potencial del punto A

VB = Potencial del punto B

 La diferencia de tensión es importante en la operación de una máquina, ya que de esto dependerá la obtención de un mejor aprovechamiento de la operación. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2300 V y 6000 V. 

4. Voltaje: También llamada tensión eléctrica o diferencia de potencial, existe entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un punto a otro:

Donde: I = Corriente eléctrica

Q = Flujo de carga que pasa por el punto P

t = Tiempo

 

5. La unidad de corriente eléctrica es el ampere. Un ampere [A] representa un flujo de carga con la rapidez de un coulomb

6. por segundo, al pasar por cualquier punto.

7. Las máquinas eléctricas esgrimen distintos tipos de corriente, que fundamentalmente son: corriente nominal, corriente de vacío, corriente de arranque y corriente a rotor bloqueado. 

8. Corriente: La corriente eléctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que pasa por un punto dado [P] en un conductor eléctrico en un tiempo [t] determinado. 

9. Corriente nominal: En una máquina, el valor de la corriente nominal es la cantidad de corriente que consumirá en condiciones normales de operación. 

10. Corriente de vacío: Es la corriente que consumirá la máquina cuando no se encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente nominal. 

11. Corriente de arranque: Todos los motores eléctricos para operar consumen un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente de dos a ocho veces superior. 

12. Corriente a rotor bloqueado: Es la corriente máxima que soportara la máquina cuando su rotor esté totalmente detenido. 

         

Donde: W=N = Revoluciones por minuto o velocidad angular

 = Constante [3.14]

F = Frecuencia

t = Tiempo

 

Las unidades de la velocidad son los radianes por segundo (rad/s), sin embargo la velocidad también se mide en metros por segundo (m/s) y en revoluciones por minuto [RPM.]. Para calcular las RPM. de un motor se utiliza la ecuación:

  

Donde: R.P.M. = Revoluciones por minuto o velocidad angular

F = Frecuencia

 

13. Revoluciones por minuto (R.P.M.) o velocidad angular: Se define como la cantidad de vueltas completas que da el rotor en el lapso de un minuto; el símbolo de la velocidad angular es omega [W], no obstante, el la industria se utilizan también para referirse, la letras: "N" o simplemente las siglas R.P.M.

Donde: P = Potencia real

S = Potencia aparente

 

14. El factor de potencia nunca puede ser mayor que la unidad, regularmente oscila entre 0.8 y 0.85. En la práctica el factor de potencia se expresa, generalmente, en tanto por ciento, siendo el 100% el factor máximo de potencia posible. Un factor de potencia bajo es una característica desfavorable de cualquier carga. 

15. Factor de potencia: El factor de potencia [cos Φ] se define como la razσn que existe entre Potencia Real [P] y Potencia Aparente [S], siendo la potencia aparente el producto de los valores eficaces de la tensión y de la corriente:

Donde: P = Potencia η = Eficiencia

#F = Número de F.P. = Factor de

fases potencia

E = Tensión PR = Potencia real

I = Corriente F.S. = Factor de servicio

 

16. NOTA: Para el numero de fase se utilizara 1 para sistemas monofásicos, 2 para sistemas bifásicos, y para sistemas trifásicos se utilizara  = 1.732.

17. Factor de servicio: El factor de servicio de un motor se obtiene considerando la aplicación del motor, para demandarle más, o menos potencia, y depende directamente del tipo de maquinaria impulsada: 

18. Número de fases: Depende directamente del motor y del lugar de instalación, por ejemplo: Para motores con potencia menor o igual a 1 HP (a nivel domestico), generalmente, se alimentan a corriente monofásica (127 V.); cuando la potencia del motor oscila entre 1 y 5 HP lo más recomendable es conectarlo a corriente bifásica o trifásica (220 V.); y para motores que demanden una potencia de 5 HP o más, se utilizan sistemas trifásicos o polifásicos. 

Figura 1.6 Par de torsión

19. Par: Un par de fuerzas es un conjunto de dos fuerzas de magnitudes iguales pero de sentido contrario. El momento del par de fuerzas o torque, se representa por un vector perpendicular al plano del par.

20. Par Nominal: Es el par que se produce en un motor eléctrico para que pueda desarrollar sus condiciones de diseño. 

21. Par de arranque: Es el par que va a desarrollar el motor para romper sus condiciones iniciales de inercia y pueda comenzar a operar. 

22. Par máximo: También llamado par pico, es el par que puede desarrollar el motor  sin perder sus condiciones de diseño, es decir, que es el limite en el que trabaja el motor sin consumir más corriente y voltaje, asimismo de que sus revoluciones son constantes, y conjuntamente esta relacionado con el factor de servicio. 

23. Par de aceleración: Es el par que desarrolla el motor hasta que alcanza su velocidad nominal. 

24. Par de desaceleración: Es el par en sentido inverso que debe emplearse para que el motor se detenga. 

25. Par a rotor bloqueado: Se considera como el par máximo que desarrolla un motor cuando se detiene su rotor. 

Donde: T = Tiempo o periodo

F = Frecuencia

                

26. Frecuencia: Es el número de ciclos o repeticiones del mismo movimiento durante un segundo, su unidad es el segundo-1 que corresponde a un Hertz [Hz] también se llama ciclo . La frecuencia y el periodo están relacionados inversamente: 

Donde: z = Deslizamiento

Vc = Velocidad de los campos del estator

Vr = Velocidad de giro del rotor

 

27. En los motores de corriente alterna de inducción, específicamente de jaula de ardilla, el deslizamiento es fundamental para su operación, ya que de él depende que opere o no el motor.  

28. Deslizamiento: El deslizamiento es la relación que existe entre la velocidad de los campos del estator y la velocidad de giro del rotor: 

29. Eficiencia: Es un factor que indica el grado de perdida de energía,  trabajo o potencia de cualquier aparato eléctrico o mecánico, La eficiencia [η] de una maquina se define como la relaciσn del trabajo de salida entre el trabajo de entrada, en términos de potencia, la eficiencia es igual a el cociente de la potencia de salida entre la potencia de entrada: 

Donde: η = Eficiencia Ps = Potencia de salida

Ts = Trabajo de salida Pe = Potencia de entrada

Te = Trabajo de entrada

La eficiencia se expresa en porcentaje, por lo tanto se le multiplicará por cien, pero al efectuar operaciones se deberá de expresar en decimales.

Máquinas de Corriente Directa (CD).

Las máquinas de corriente continua [2] transforman la energía mecánica en energía eléctrica (de corriente continua), o viceversa, se las llama generadores o motores respectivamente.

También estas máquinas están esencialmente constituida por una parte fija, que produce el flujo de inducción, llamada inductor y otra parte giratoria, que contiene el arrollamiento en el cual se produce la Fem. inducida (o contra f.e.m.), llamada inducido o armadura.

La parte giratoria incluye el colector (rectificador u ondulado mecánico) componente esencial para el funcionamiento de la máquina.

Son aplicables a estas máquinas las condiciones normales de servicio vistas en general para las máquinas rotantes.

Los temas que corresponden a las máquinas de corriente continua están tratados por distintas normas generales, pero para algunas aplicaciones especiales, por ejemplo para las máquinas de tracción (utilizadas en vehículos ferroviarios y terrestres) existen normas particulares.

Alimentación eléctrica

En el diseño de los motores es necesario tener en cuenta las características de la alimentación, que puede asemejarse a una fuente de corriente continua con armónicas superpuestas.

Para reducir la ondulación en algunos casos se incluyen en el circuito de alimentación inductancias adicionales (que cumplen la función de filtros).

Aunque redundante es necesario destacar que características de convertidor estático y motor están íntimamente vinculadas, y el proyectista (del motor y del accionamiento) deben tener muy en cuenta esta situación.

Sobre intensidad ocasional.

Los motores de corriente continua deben poder soportar para la máxima velocidad, con la plena excitación y su correspondiente tensión de armadura, una corriente igual a 1.5 veces la corriente nominal durante un tiempo no menor de 1 minuto.

Para máquinas grandes se puede (previo acuerdo entre el constructor y el comprador), adoptar una tiempo menor, pero este no podrá ser inferior a 30 s.

La posibilidad de que se presente una sobre intensidad ocasional en una máquina rotante, se indica con el objeto de coordinar la máquina con los dispositivos de comando y protección, no estableciendo las normas ensayos para verificar esta condición.

Los efectos del calentamiento de los arrollamientos de la máquina varían aproximadamente como el producto del tiempo por el cuadrado de la corriente, en consecuencia una corriente superior a la nominal produce un incremento de la temperatura de la máquina.

Salvo que se especifique lo contrario, se supone que la máquina no será sometida a este tipo de sobrecargas, más que durante unos pocos cortos períodos durante toda su vida.

Velocidad

Para las máquinas de corriente continua se define una velocidad base, que corresponde a una condición de funcionamiento en la cual la máquina entrega potencia y par nominales.

El modo más simple de regular la velocidad de un motor es variando la tensión de armadura debido a que la velocidad de un motor de corriente continua es directamente proporcional a ella.

Aumentando la tensión de armadura y manteniendo el flujo, la velocidad del motor puede incrementarse continuamente desde el reposo hasta alcanzar la velocidad base.

El par desarrollado permanece constante (a corriente de armadura constante), mientras no se varíe la corriente de campo y consecuentemente el flujo.

Si se requiere incrementar la velocidad por arriba del valor base, se puede recurrir a la regulación del campo, es decir reducir la corriente de excitación.

Generalmente el par desarrollado se reduce mientras la potencia, que es el producto del par por la velocidad, permanece constante, siendo este tipo de característica conveniente en algunos procesos industriales y para determinadas máquinas herramientas.

En el funcionamiento por encima de la velocidad base existen límites mecánicos y eléctricos que no deben ser superados por problemas estructurales, o de conmutación.

La principal razón del gran desarrollo de los motores de corriente continua fue el control de la velocidad mediante convertidores estáticos.

En particular la alimentación mediante convertidores a tiristores, permite satisfacer varios requerimientos de regulación, como ser:

Operar como motor en un solo sentido de rotación, o como freno (girando en sentido contrario). Se requiere un simple convertidor, cuya tensión de salida permite la circulación de corriente en un solo sentido.

La máquina puede funcionar como motor o como freno, en ambos sentidos, invirtiendo la polaridad del convertidor. Se re quiere un convertidor y un dispositivo de inversión de la polaridad (contactor), o bien dos convertidores, la corriente en la máquina se invierte.

El frenado con convertidores a tiristores es regenerativo, es decir que la energía cinética de la carga se transforma en energía eléctrica que es devuelta a la red de alimentación. En este caso la máquina de corriente continua funciona como generador y el convertidor como inversor (convirtiendo la corriente continua en alterna y viéndoselo desde la red como generador de corriente alterna).

Estado actual de la técnica (Aplicaciones).

Con el advenimiento de los accionamientos electrónicos, el motor de corriente continua, por su flexibilidad, regularidad y elevado rendimiento, se manifestó como un natural e importante componente de la automatización.

Al tener que adecuarse a las exigencias de estas condiciones de utilización, se modificó notablemente la "filosofía" de proyecto de estas máquinas, respecto de los criterios clásicos utilizados en el pasado.

Las condiciones impuestas por las informaciones obtenidas de los distintos sistemas que utilizan motores de velocidad variable, fijaron las características constructivas y de funcionamiento requeridas en los más importantes procesos de la industria siderúrgica,

metalúrgica, mecánica, del papel, plástica, etc. como también en los sistemas de tracción.

Análogamente a lo acontecido con los motores de corriente alterna, entre fabricantes y usuarios, surgió la necesidad de proyectar dentro de un adecuado rango de potencias, motores normalizados que permitieran unificar, reduciendo la variedad de modelos, y facilitando la intercambiabilidad.

Este esfuerzo fue plasmado por los fabricantes en sus propias series industriales con un rango de potencia del orden de 0.8 a 1000 Kw. referido a 1000 vueltas/minuto, con ventilación asistida, es decir, externa a la máquina (para garantizar una adecuada refrigeración independientemente de la velocidad).

Los parámetros básicos tenidos en cuenta para proyectar estas nuevas series de motores modernos son la relación cupla/peso y la relación cupla/momento de inercia, siendo el criterio aplicado, maximizar estos valores.

La relación cupla/peso representa la medida de la validez del proyecto electromagnético para lo cual es necesario obtener con un mínimo peso (en rigor costo), la más elevada cupla posible.

La relación cupla/momento de inercia caracteriza el comportamiento dinámico del motor, momento de inercia reducido implica mejor respuesta del motor a los requerimientos del control (para igualdad de características eléctricas).

Las máquinas modernas de formato cuadrado surgieron como consecuencia de estas condiciones, basándose su desarrollo en la investigación del valor óptimo del diámetro del rotor para una determinada altura de eje.

La forma cuadrada de la carcaza, respecto a la tradicional forma circular, permite además modelar convenientemente las bobinas de los polos de excitación, aumentando la superficie en contacto con el fluido refrigerante y por lo tanto incrementando la utilización de las partes activas.

Actualmente además para reducir el diámetro, momento de inercia, se acoplan dos motores en un solo eje, con esto se logra también tener motores de menor tamaño, y en consecuencia el fabricante puede tener mayor posibilidad de ofrecer su solución al problema específico.

Características electromecánicas.

Las máquinas eléctricas de corriente continua, en general, están limitadas en sus prestaciones por los siguientes factores:

Calentamiento máximo admisible impuesto por las normas en función de la clase de aislamiento.

Inducciones en las distintas partes del circuito magnético. Tensión máxima entre delgas del colector. Tensión de reactancia (inducida en la espira que conmuta).

Máquinas de Corriente Alterna (Asincrónicas).

El motor asincrónico es una máquina de corriente alterna, sin colector, de la que solamente una parte, el rotor o el estator, está conectada a la red y la otra parte trabaja por inducción siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcional al resbalamiento.

La elección de un motor de cualquier tipo para una determinada instalación requiere el conocimiento de dos conjuntos de características, las del motor y las de la instalación, algunas necesarias porque están impuestas, y no pueden ser elegidas arbitrariamente, otras en cambio pueden ser seleccionadas entre un conjunto de posibles.

Para adoptar efectivamente el motor se deben tener en cuenta las exigencias de la instalación donde se lo va a utilizar, considerando que como el motor tendrá ciertos límites, estos no deberán ser superados; por otra parte el motor con sus características propias, impondrá a la instalación ciertos requerimientos, que esta deberá satisfacer.

Motores monofásicos.Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores está en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante.

Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito.

 Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofásico tiene dificultades para arrancar, esta constituido de dos grupos de devanados: El primer grupo se conoce como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce como devanado auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre sí, física y eléctricamente. El devanado de trabajo está formado de conductor grueso y tiene más espiras que el devanado de arranque.

 Tipos y características

Los motores monofásicos han sido perfeccionados a través de los años, a partir del tipo original de repulsión, en varios tipos mejorados, y en la actualidad se conocen:

1. Motores de fase partida: En general consta de una carcasa, un estator formado por laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio embebidas en el rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos extremos, denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla.

Se les llama así, por que se asemeja a una jaula de ardilla. Fueron de los primeros motores monofásicos usados en la industria, y aún  permanece su aplicación en forma popular. Estos motores se usan en: máquinas herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran variedad de aplicaciones; la mayoría de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W).

 2. Motores de arranque con capacitor: Este tipo de motor es similar en su construcción al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para tener un mayor par de arranque. Su rango de operación va desde fracciones de HP hasta 15 HP. Es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofásico, tales como accionamiento de máquinas herramientas (taladros, pulidoras,

etcétera), compresores de aire, refrigeradores, etc.  En la figura se muestra un motor de arranque con capacitor.

3. Motores con  permanente: Utilizan un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. El  crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga. La principal diferencia entre un motor con  permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere switch centrífugo. Éstos motores no pueden arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de arranque. 

4. Motores de inducción-repulsión: Los motores de inducción-repulsión se aplican donde se requiere arrancar cargas pesadas sin demandar demasiada corriente. Se fabrican de 1/2 HP hasta 20 HP, y se aplican con cargas típicas como: compresores de aire grandes, equipo de refrigeración, etc.

5. Motores de polos sombreados: Este tipo de motores es usado en casos específicos, que tienen requerimientos de potencia muy bajos. Su rango de potencia está comprendido en valores desde 0.0007 HP hasta 1/4 HP, y la mayoría se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de HP. La principal ventaja de estos motores es su simplicidad de construcción, su confiabilidad y su robustez, además, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores monofásicos de C.A., los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares (capacitores, escobillas, conmutadores, etc.) o partes móviles (switches centrífugos). Esto hace que su mantenimiento sea mínimo y relativamente sencillo.

Motores trifásicos.Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases, además de que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.

Tipos y características

Los motores trifásicos se usan para accionar máquinas-herramientas, bombas, elevadores, ventiladores, sopladores y muchas otras máquinas. Básicamente están construidos de tres partes esenciales: Estator, rotor y tapas. El estator consiste de un marco o carcasa y un núcleo laminado de acero al silicio, así como un devanado formado por bobinas individuales colocadas en sus ranuras. Básicamente son de dos tipos:

         De jaula de ardilla.

         De rotor devanado

El de jaula de ardilla es el más usado y recibe este nombre debido a que parece una jaula de ardilla de aluminio fundido. Ambos tipos de rotores contienen un núcleo laminado en contacto sobre el eje. El motor tiene tapas en ambos lados, sobre las cuales se encuentran montados los baleros sobre los que rueda el rotor. Estas tapas se fijan a la carcasa en ambos extremos por medio de tomillos de sujeción. Los baleros o chumaceras pueden ser de rodillos o de deslizamiento.

Aplicación

Como sabemos, el motor eléctrico es una maquina rotatoria de movimiento infinito, que convierte energía eléctrica en energía mecánica, como consecuencia desarrollamos

directamente en su aplicación trabajos mecánicos primordialmente rotatorios, sin embargo, mediante dispositivos, podemos convertir el movimiento rotatorio en movimientos bien determinados, dependiendo de su aplicación.

Condiciones de alimentación

Los motores eléctricos pueden ser alimentados por sistemas de una fase, denominándose motores monofásicos; y si son alimentados por 2 líneas de alimentación, se les nombra motores bifásicos; siendo así que los motores trifásicos son aquellos que se alimentan de tres fases, también conocidos como sistemas polifásicos. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2 300 V y 6 000 V.

Máquinas sincrónicas.

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 la 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 sincrónico 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.

Esta fundamentado en la reversibilidad de un alternador. El campo interior de una aguja se orienta de acuerdo a la polaridad que adopta en cada momento el campo giratorio en que se haya inmersa y siempre el polo S de la aguja se enfrenta al polo N cambiable de posición del campo giratorio, la aguja sigue cambiando con la misma velocidad con que lo hace el campo giratorio. Se produce un perfecto sincronismo entre la velocidad de giro del campo y la de la aguja.

Si tomamos un estator de doce ranuras y lo alimentamos con corriente trifásica, se creará un campo giratorio. Si al mismo tiempo a las bobinas del rotor le aplicamos una C.C, girará hasta llegar a sincronizarse con la velocidad del campo giratorio, de tal manera que se enfrentan simultáneamente polos de signos diferentes, este motor no puede girar a velocidades superiores a las de sincronismo, de tal forma que será un motor de velocidad constante.

La velocidad del campo y la del rotor, dependerán del número de pares de polos magnéticos que tenga la corriente. Un motor de doce ranuras producirá un solo par de polos y a una frecuencia de 60 Hz, girará a 3600 R.P.M.

Como se verá el principal inconveniente que presenta los motores sincrónicos, es que necesitan una C.C. para la excitación de las bobinas del rotor, pero en grandes instalaciones (Siderúrgicas), el avance de corriente que produce el motor sincrónico compensa parcialmente el retraso que determinan los motores asincrónicos, mejorando con ello el factor de potencia general de la instalación, es decir, el motor produce sobre la red el mismo efecto que un banco de condensadores, el mismo aprovechamiento de esta propiedad, es la mayor ventaja del motor sincrónico.

Transformadores.

Definición

El transformador es un aparato estático [2], de inducción electromagnética, destinado a transformar un sistema de corrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igual frecuencia y de intensidad y tensión generalmente diferentes.

Un transformador en servicio en un sistema eléctrico, tiene ciertas características nominales que han sido en parte fijadas por el usuario, y en parte adoptadas por el proyectista.

Estas características que son objeto de garantías se comprueban en ensayos.

Condiciones normales de servicio

Las normas fijan condiciones normales de servicio, a saber:

Altitud de la instalación (hasta 1000 metros sobre el nivel del mar) Temperatura del refrigerante, por ejemplo para aparatos refrigerados por aire, la

temperatura del aire ambiente no debe exceder los 40 °C.

Además en las normas se fijan temperaturas mínimas del aire y valores promedios diarios y anuales que, si se previese excederlos, es indispensable indicarlos claramente a nivel de especificación.

Los transformadores se identifican con una sigla que define el modo y el medio de refrigeración utilizado.

Los transformadores pueden ser sumergidos en aceite mineral, sintético u otro líquido refrigerante, o ser de tipo seco.

Los primeros son aquellos cuyas partes activas, estén o no aisladas y eventualmente impregnadas, están inmersas en aceite u otro líquido dieléctrico. La aislación se realiza con materiales pertenecientes a la clase A (105 °C).

Principio de funcionamiento.

Para entender el funcionamiento de un transformador real [3], refirámonos a la figura 1.7. Esta nos muestra un transformador que consiste en dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo del transformador. La bobina primaria del transformador está conectada a una fuente de fuerza de CA y la bobina secundaria está en circuito abierto. La curva de histéresis del transformador se ilustra en la figura 1.8.

 

Figura 1.7: Transformador real sin carga conectada al secundario.

La base del funcionamiento del transformador se puede derivar de la ley de Faraday

Eent = dl / dt

En donde l es el flujo magnético ligado de la bobina, a través de la cual el voltaje se induce. El flujo ligado total l es la suma de los flujos que pasan por cada vuelta de la bobina, sumando tantas veces cuantas vueltas tenga dicha bobina: l = å f i

El flujo magnético total que pasa por entre una bobina no es sólo Nf , en donde N es el número de espiras en la bobina, puesto que el flujo que pasa por entre cada espira es ligeramente diferente del flujo en las otras vueltas, y depende de la posición de cada una de ellas en la bobina.

Sin embargo, es posible definir un flujo promedio por espira en la bobina. Si el flujo magnético total de todas las espiras es l y si hay N espiras, entonces el flujo promedio por espira se establece por: f = l / N

Figura 1.8: Curva de histéresis del transformador.

Y la ley de Faraday se puede escribir: eent = N df / dt

La relación de voltaje a través de un transformador

Si el voltaje de la fuente en la figura es vp (t), entonces ese voltaje se aplica directamente a través de las espiras de la bobina primaria del transformador. ¿Cómo reaccionará el transformador a la aplicación de este voltaje? La ley de Faraday nos explica que es lo que pasará. Cuando la ecuación anterior se resuelve para el flujo promedio presente en la bobina primaria del transformador, el resultado es: f = (1/NP) ò vp(t) dt

Esta ecuación establece que el flujo promedio en la bobina es proporcional a la integral del voltaje aplicado a la bobina y la constante de proporcionalidad es la recíproca del número de espiras en la bobina primaria 1/NP.

Este flujo está presente en la bobina primaria del transformador. ¿Qué efecto tiene este flujo sobre la bobina secundaria? El efecto depende de cuánto del flujo alcanza a la bobina secundaria; algunas de las líneas del flujo dejan el hierro del núcleo y mas bien pasan a través del aire. La porción del flujo que va a través de una de las bobinas, pero no de la otra se llama flujo de dispersión. El flujo en la bobina primaria del transformador, puede así, dividirse en dos componentes: un flujo mutuo, que permanece en el núcleo y conecta las dos bobinas y un pequeño flujo de dispersión, que pasa a través de la bobina primaria pero regresa a través del aire, desviándose de la bobina secundaria.

f P = f M + f LP, en donde:

f P = flujo promedio total del primario.

f M = componente del flujo de enlace entre las bobinas primaria y secundaria.

f LP = flujo de dispersión del primario.

Hay una división similar del flujo en la bobina secundaria entre el flujo mutuo y el flujo de dispersión que pasa a través de la bobina secundaria pero regresa a través del aire, desviándose de la bobina primaria:

f S = f M + f LS, en donde:

f S = flujo promedio total del secundario.

f M = componente del flujo para enlazar entre las bobinas primaria y secundaria.

f LS = flujo de dispersión del secundario.

Con la división del flujo primario promedio entre los componentes mutuos y de dispersión, la ley de Faraday para el circuito primario puede ser reformulada como:

vP(t) = NP df P / dt = NP df M / dt + NP df LP / dt

El primer término de esta expresión puede denominarse EP (t) y el segundo eLP (t). Si esto se hace, entonces la ecuación anterior se puede escribir así: vP (t) = eP (t) + eLP (t)

El voltaje sobre la bobina secundaria del transformador, puede expresarse también en términos de la ley de Faraday como:

VS(t) = NS df S / dt = NS dfM / dt + NS dfLS / dt= eS(t) + eLS(t)

 El voltaje primario, debido al flujo mutuo, se establece por: eP (t) = NP df M / dt

y el voltaje secundario debido al flujo mutuo por: eS (t) = NS df M / dt

Obsérvese de estas dos relaciones que eP (t) / NP = df M / dt = eS (t) / NS

Por consiguiente, eP (t) / eS (t) = NP / NS = a

Esta ecuación significa que la relación entre el voltaje primario, causado por el flujo mutuo, y el voltaje secundario, causado también por el flujo mutuo, es igual a la relación de espiras del transformador. Puesto que en un transformador bien diseñado f M » f LP y f M » f LS, la relación del voltaje total en el primario y el voltaje total en el secundario es aproximadamente: vP (t) / vS (t) » NP / NS = a

Cuanto más pequeños son los flujos dispersos del transformador, tanto más se aproxima la relación de su voltaje total al transformador ideal.

Conclusiones y recomendaciones.

Las máquinas eléctricas son de suma importancia en la actualidad, debido a las diferentes aplicaciones industriales a los que son sometidas, por ello es de necesidad primordial, el conocimiento detallado de su principio de funcionamiento y se deben tomar en cuenta todas las fallas que se presentan para el correcto funcionamiento de los mismos.

Transformador monofásico

Los transformadores son máquinas estáticas que se utilizan para variar los valores de tensión (V) e intensidad (I) en C.A.

Son utilizados en las líneas de transporte y distribución para elevar o reducir los valores de tensión eléctrica.

Funcionamiento del transformador monofásico

Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo magnético, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se denominan primario y secundario.

Al conectar el bobinado primario de N1 espiras a una tensión alterna, se crea un flujo magnético alterno. Este flujo magnético, que se establece en todo el circuito magnético, recorre el bobinado secundario de N2 espiras induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la tensión en bornes V2.

A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama relación de transformación, para un transformador ideal se cumple:

Dónde:

m = relación de transformación V1 = tensión del primario (V) V2 = tensión del secundario (V) N1 = número de espiras del primario N2 = número de espiras del secundario

La transferencia de energía eléctrica entre el primario y secundario se hace a través del campo magnético variable que aparece en el núcleo, no hay conexión eléctrica entre los dos bobinados.

 Transformador ideal

Para entender el funcionamiento del transformador, partiremos del transformador ideal, es decir, sin tener en cuenta las pérdidas eléctricas y magnéticas.

Funcionamiento en vacío: Se conecta el primario a la red y al secundario no se le conecta carga alguna.

Al conectar el primario a una tensión V1 circula por él una pequeña corriente, denominada intensidad de vacío I0, se produce un flujo alterno senoidal en el núcleo magnético. Este flujo magnético induce una f.e.m. E1 en el primario, por efecto de la autoinducción, y a su vez en el secundario también se inducirá otra f.e.m. E2.

Funcionamiento en carga: Se conecta el primario a la red y al conectar al secundario una carga circulará por ésta una intensidad I2 .

La intensidad I2 creará una fuerza magnetomotriz (N2·I2) que tiende a modificar el flujo común F. Esto no ocurrirá puesto que en el primario aparecerá otra fuerza magnetomotriz (N1·I1) igual a la del secundario pero de sentido contrario equilibrando su efecto. Por lo tanto el flujo común se mantendrá constante.

Transformador real

Anteriormente hemos analizado el funcionamiento del transformador sin tener en cuenta las pérdidas que se originan en él. Si bien, por tratarse de una máquina estática las pérdidas son menores que en una máquina rotativa y hay que tenerlas en cuenta.

Las pérdidas de un transformador son las siguientes:

Las debidas a las resistencias de los bobinados primario y secundario R1 y R2 .

Perdidas en el circuito magnético, debidas sobre todo por  histéresis y las corrientes de Foucault.

  El flujo no es del todo común, ya que tiende a dispersarse por el chasis o el aire. Este hecho origina f.e.m. de autoinducción en los dos bobinados y se representa por reactancias en serie tales como Xd1 y Xd2 .

Transformador monofásico

¿Cómo construir transformador monofásico?

La construcción de un TRANSFORMADOR monofásico es otra de las actividades que los alumnos realizan en el módulo de MANTENIMIENTO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS del 2º curso del ciclo  de EQUIPOS E INSTALACIONES ELECTROTÉCNICAS

Los pasos a seguir para la construcción y la comprobación de la correcta realización del transformador se recoge en éste sencillo vídeo en que han colaborado los alumnos del ciclo mostrándonos cómo lo han realizado

¿Cómo construir bobinado motor eléctrico trifásico?

La construcción del bobinado del estátor de motores trifásicos es una de las actividades que los alumnos realizan en el módulo de MANTENIMIENTO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS del 2º curso del ciclo  de EQUIPOS E INSTALACIONES ELECTROTÉCNICAS

Los pasos a seguir para la construcción y la comprobación de la correcta realización del bobinado del estátor se recoge en éste sencillo vídeo en que han colaborado los alumnos del ciclo del curso 2004/2005 mostrándonos cómo lo han realizado

Transformador monofásico

CÓMO SE VALORA EL ESTADO DEL AISLAMIENTO DE PAPEL DE LOS BOBINADOS?

La geometría de los bobinados del transformador se mantiene con ayuda del encintado de los conductores de cobre. Este encintado se realiza con Papel Kraft. Es por lo tanto un material cuya base es la celulosa. Bajo la acción de la temperatura (por encima de los 60ºC) la celulosa se degrada disminuyendo su Grado de Polimerización (G.P.). Cuando el transformador es nuevo, después de realizarse la impregnación de los bobinados con aceite, se puede estimar que el G.P. promedio es de 1000.

En su degradación térmica se origina un producto como el 2-furfuraldehido (2-FAL), que en una pequeña parte pasa al aceite. La determinación de la concentración de 2-FAL en el aceite, está relacionada con la disminución del G.P. del papel. Se identifican así los defectos térmicos que afectan al aislamiento sólido y el grado de envejecimiento del aislamiento por la estimación del G:P. Residual del papel aislante.

Hilos de cobre y aluminio esmaltados

Aislantes eléctricos y térmicos

Aparatos y aquinas de bobinar

Motores eléctricos AC

Repuestos motores eléctricos

El siguiente sumario incluye una breve descripción de las resinas epoxi Eporai desarrolladas para usos específicos. . Campo / Field Producto /

ProductDescripción / Description Imagen / Image

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INDUSTRIAS

ELÉCTRICA Y

ELECTRÓNICA

   

 

 

 

 

 

 

ELECTRIC

AND ELECTRONIC INDUSTRIES

Eporai 359/A – 621/B

Sistema epoxi para colada, de baja exoterma y excelente conductividad térmica. Está exento de disolventes.  Epoxy system, casting resin, it has a low exotherm and an excellent thermal conductivity. Solvents free.

Eporai 450/A – 450/B

Compuesto de resina epoxi y endurecedor, exento de disolventes y cargas. Polimeriza a temperatura ambiente. Posee una baja contracción siendo apto para rellenos y encapsulados eléctricos, transformadores,etc System formed by an epoxy resin and curing agent, without solvents and fillers. Polymerizes at room temperature. It has a low contraction which enables it for electrical encapsulating, for castings, etc

 

Eporai 1060/A –

648/B

Sistema epoxi. Sellado y encapsulado de condensadores, rectificadores y transformadores; electroimanes. Utilizado para poltrusión. Epoxy system. Used for sealing and encapsulating

condensers, rectifiers and transformers; electromagnets. Used for pultrusion.

Eporai 1208/A -

660/B

Compuesto epoxi, tixotrópico, de color verde, usado como pasta selladora aislante para bobinados, resistencias, transformadores, etc.  Epoxy system, thixotropic, green coloured, sealing paste used for insulation of coils, windings, resistances, transformers, etc

Eporai 1360/A - 1360/B

Sistema epoxi autoextinguible en dos componentes, para el sellado y relleno de componentes electrónicos, con un buen poder de aislamiento. Epoxy system, auto extinguishable, in two components. It is a casting resin, for sealing and filling of electronic modules, with a good insulating power.

Eporai 1417/A – 1340/B

Compuesto de resina epoxi y endurecedor, para el sellado y encapsulado de componentes electrónicos. Su baja viscosidad permite obtener buenas impregnaciones. Epoxy resin and curing agent. For electrical and electronic potting: sealing and encapsulating electronic components. Its low viscosity allows good impregnations.

Eporai 1479/A-

1505/B-23

Sistema epoxi autoextinguible en dos componentes, exento de disolventes, contiene cargas para el relleno, sellado y encapsulado e impregnación

 

de componentes eléctricos-electrónicos. Buena resistencia al choque térmico y disipación de calor. Autoextinguishible epoxy system, in two components, without solvents, it has fillers to seal, encapsulate and impregnate electrical-electronic components. Good themal shock resistance and thermal conductivity.

Transformadores de medida CIM-MT

Equipos (compactos) de medición, que incorporan en un sólo conjunto encapsulado los transformadores de medida (transformadores de corriente y transformadores de tensión).

Sistemas de resina de moldeo para la fabricación de transformadores de medida

Los sistemas de resina de moldeo Baygal® / Baymidur® con materiales de relleno minerales se utilizan desde hace más de 35 años como aislamiento sólido de alta calidad en transformadores de corriente y de tensión.

Estas resinas de moldeo de poliuretano resultan idóneas por las siguientes características:

elevadas resistencias eléctricas en equipos de hasta 70 KV excelente comportamiento dinámico-mecánico clase de precisión elevada gracias a la baja contracción por reacción comportamiento probado a largo plazo técnicas de fabricación económicas compatibilidad con otros aislantes (p.ej. papel, goma o SF6)

Los sistemas de poliuretano para aislamiento sólido pueden procesarse mediante técnica de vacío y de gelificación a presión con máquinas de moldeo de 2 componentes. La

elección de una técnica u otra depende de criterios como el tipo del transformador y el número de unidades producidas. Ambas técnicas pueden aplicarse en la misma máquina.

Alternadores trifásicos

Transformadores.

De potencia, tenemos en relación a sus número de fases; monofásicos o polifásicos (normalmente trifásicos e incluso para aplicaciones especiales hexafásicos).

Transformador trifásico

De medida, en función de su aplicación tenemos los transformadores de intensidad (TI) y los transformadores de tensión (TT).

Diferentes transformadores de medida.

Autotransformadores que puede ser monofásico o polifásicos (normalmente trifásicos).

Autotransformador trifásico

Motores.

De corriente continua que atendiendo a su forma de excitación pueden ser motores; excitación independiente, excitación paralelo (Shunt), excitación Serie, excitación Compuesta (Compound), de imán permanente.

Diversos motores de corriente continúa

De corriente alterna que atendiendo a su número de fases pueden ser;

-Monofásicos de inducción que pueden ser de rotor en jaula de ardilla o de rotor devanado.

Motor asíncrono de inducción monofásico.

- Monofásicos síncronos que pueden ser de imán permanente, de reluctancia o de Histéresis.- Trifásicos de inducción (asíncronos) que pueden ser de rotor en cortocircuito, rotor devanado y rotor mixto.

Motor asíncrono trifásico

-Trifásicos síncronos.

Motor síncrono utilizados en talleres de prácticas.

Motores Universales llamados así porque se pueden utilizar tanto en corriente continua como alterna son muy utilizados en electrodomésticos y máquinas herramientas monofásicas.

Motor universal

Transformador trifásico.

Transformadores Trifásicos:

Estos equipos son de tipo aéreo, para fraccionamientos residenciales, industrias, hoteles, centros

comerciales, otras zonas urbanas y rurales con alimentación trifásica, pueden ser tipo costa o

normal.

Tipo: Poste - Trifásico, 60 Hz

Tipo de líquido: Aceite mineral no inhibido

kVA: 15 - 150

Nivel de aislamiento: 12, 25 y 34.5 kV

Voltaje secundario: 220Y/127V - 440Y/254V

Norma: NOM-002-SEDE y NMX-J-116-ANCE

Especificación: NRF-025-CFE-2002 y F.C. (LFC-GDD-174)

 

Conexión de Transformadores en Paralelo

 

Los transformadores trifásicos se clasifican en tres grupos según su desplazamiento angular, como se muestra en la figura

 

Cuatro de los diagramas usuales de 3 a 6 fases se ilustran como los grupos IV y V de la figura 2. Su construcción no implica mayores complicaciones que las del método para conexiones de 3 fases a 3 fases

 

Para operar en paralelo, los transformadores deben pertenecer al mismo grupo. Ningún intercambio de terminales externos origina el cambio de un grupo a otro. Entonces, si se tienen dos transformadores delta-delta, uno de los cuales corresponde al grupo I y el otro al grupo II, no pueden operar en paralelo. Si se sobrepusieran los diagramas de la tensión de estos transformadores, los diagramas de baja tensión no coincidirían.

Sin embargo, todos los transformadores Y-delta o delta-Y se pueden reducir a un mismo diagrama y, por lo tanto clasificarse en un mismo grupo. Esto se logra invirtiendo las tensiones del secundario, si la relación de vueltas es tal que los voltajes se igualen como se muestra en la figura . Un banco Y-Y puede operar en paralelo con un

banco Y-Y similar o con un banco delta-delta, pero ninguno de estos bancos puede operar paralelo con un banco delta-Y o Y-delta

En la conexión de transformadores en paralelo, con unidades nuevas o existentes, los factores importantes a considerar son la economía, confiabilidad y continuidad de operación.

La operación de transformadores en paralelo puede ser necesaria debido a un incremento de la carga, mayor que la capacidad de los transformadores existentes, por la necesidad de tener disponible la mitad de la capacidad total de los transformadores si falla una unidad o por la necesidad de que el suministro no se interrumpa en caso de que falle un transformador.

Los transformadores que operan en paralelo, deben tener la misma relación vectorial, una relación de vueltas aproximadamente igual y una impedancia igual o similar. Si se van a adquirir nuevas unidades para operar en paralelo, se deben indicar los requisitos en las especificaciones. Igualmente, al adquirir un nuevo transformador para operar en paralelo con una unidad existente, la impedancia y la capacidad nominal de KVA de la unidad existente se deben poner en las especificaciones.

Es aconsejable mostrar al fabricante el esquema ilustrado en la placa de identificación y el número de serie de la unidad existente. También, se debe indicar si hay la previsión para equipo de enfriamiento en el transformador existente.

Es recomendable pedir los diagramas de la placa de identificación para aprobación, con la impedancia de diseño indicada. La impedancia real probada se debe grabar sobre la placa metálica de identificación. La revisión de estos dibujos asegurará la comprobación final, necesaria para la operación apropiada de los transformadores en paralelo.

Conexiones de Transformadores Trifásicos (Parte 2)

Continuando con el material que habíamos publicado ayer, hoy veremos El transformador, Ventaja de la Potencia Aparente, Transformadores de Medida (De Instrumentos) y Análisis con carga balanceada.

Estos son temas de gran importancia y para tener en cuenta en el momento de la instalación como también para algunas reparaciones.

El lunes estaremos concluyendo este material con este tema “Circuitos trifásicos con Carga Desbalanceada” que estoy seguro que les será de utilidad.

Los transformadores trifásicos tipo pedestal ROMAGNOLE poseen aplicación ideal en lugares donde no hay espacio físico suficiente para instalación de cubículos  o haya transito de personas.

El facto de sus terminales de alta y baja tensión se quedaren abrigados en compartimientos cerrados permite que estos tipos de transformadores sean más seguros y puedan ser instalados cerca de los centros de consumo, tomando como ejemplo condominios residenciales.

Los transformadores tipo pedestal ROMAGNOLE son fabricados en las patencias de 45 hasta 500 Kva., y atendiendo plenamente a las especificaciones técnicas del cliente.

BOBINA DE ALTA TENSIÓN

Las bobinas de alta tensión se fabrican normalmente con alambres redondos o platinas de cobre esmaltados clase H de alta conductividad y pureza, garantizando con el diseño, bajas pérdidas y un mínimo calentamiento.

AISLAMIENTOS

En la fabricación de las bobinas se emplean materiales aislantes clase térmica H (185 °C) o superior; como nómex, separadores en haysite, cintas y barnices aislantes, los cuales poseen un gran poder de aislamiento y capacidad térmica.RENTABILIDAD

  

Los proyectos con transformadores tipo seco simplifican las obras civiles, que son necesarias con transformadores en líquidos aislantes y tornan la instalación eléctrica menos compleja por la ausencia de accesorios. La posibilidad de ubicación sin restricciones del transformador directamente del centro de las cargas permite optimizar las redes eléctricas, esto sin necesidad de tomar medidas de seguridad especiales, tales como los fosos

de retención de aceites e instalación contra incendios.

El transformador seco ocupa aproximadamente un 20% menos del volumen de un transformador similar en aceite, con las consecuencias económicas en el costo de la obra civil. Los proyectos económicos exploran la colocación del transformador y cubículos en las partes o locales elevados, también los tableros junto a la carga liberando el uso del piso principal para fábricas, locales o parqueaderos, La constitución del transformador tipo seco en componentes individuales, agrega otro factor a la rentabilidad, así es posible montar las bobinas al transformador en el lugar de instalación, cuando el transporte o el manejo del equipo completo no es posible.REDUCCIÓN DEL COSTO TOTAL

El transformador tipo seco requiere unas sencillas medidas de mantenimiento, una vez conectado; si se consideran estas ventajas en la fase de estudio, esto permite reducir sensiblemente los gastos globales de una instalación de distribución eléctrica.INSTALACIÓN Y PROTECCIÓN

La instalación interna en recintos para equipos eléctricos o en cubículos de diversas configuraciones son las formas preferidas para su instalación, los transformadores deben tener protección contra el acceso directo a los terminales de baja y alta tensión y la superficie de las bobinas, frecuentemente los transformadores secos son utilizados en conjuntos con celdas o cubículos de media y baja tensión, formando subestaciones compactas en los centros de la carga y de sencillo desplazamiento para otro lugar.FORMAS CONSTRUCTIVAS

Partes Constitutivas

1. Terminales Fases Devanado Primario 2. Terminales Fases Devanado Secundario 3. Terminal de Neutro 4. Cambiador de Derivaciones 5. Terminal de Puesta a Tierra 6. Placa de Características 7. Dispositivo Para Izaje 8. Dispositivo Para Termómetro (A Solicitud Del Cliente)

9. Ruedas Orientables a 90º

TABLA DE POTENCIAS, MEDIDAS Y PESO

Fabricación: Norma ICONTECConmutador: Accionamiento Manual +2x2,5% -2x2,5%Grupo de Conexión: DYN5Baja Tensión: Hasta 1200 VoltiosAlta Tensión: Hasta 1200 Voltios

Observaciones:

Por avances tecnológicos y métodos de fabricación, las dimensiones y pesos pueden variar sin previo aviso.

Para transformadores especiales, factor K para manejo de armónicos, incremento reducido de temperatura en los devanados, factor de servicio 1.25, bajas pérdidas, bajo nivel de ruido, grupo de conexión diferente y ventilación forzada, se fabrican bajo

pedido, con costo adicional.

Protección térmica opcional, termómetro digital con dos contactos uno para alarma y uno para disparo con censor PT-100 en una o en las tres fases, bajo pedido con costo adicional.

Las bobinas de baja tensión son fabricadas en platinas rectangulares de cobre esmaltados clase H o folio de cobre; las bobinas en folio tienen la ventaja de brindar al transformador un mejor comportamiento ante los esfuerzos de cortocircuito.

Cuentan con el sistema de distribución más seguro y económico, disminuyendo el costo de las primas de seguro contra incendio, no envano los transformadores tipo seco se han impuesto en aplicaciones que no toleran ningún compromiso en materia de seguridad; se pueden instalar en edificios de oficinas de gran altura, edificios de apartamentos, edificios públicos, hospitales, metros, industrias ligeras y pesadas, minería, máquinas móviles y transportes. Requieren de un mantenimiento mínimo y económico. Todos sin excepción continúan en funcionamiento normal y no hay ninguna indicación del término de su vida útil según nuestros registros.

Su instalación no requiere de puertas contra fuegos, pozos de recogimiento de fluidos y sistemas que controlen los incendios; haciendo su instalación menos compleja. Los transformadores secos requieren de un menor espacio que los transformadores en aceite, espacio que normalmente es escaso y costoso, especialmente en la proximidad de los puntos de consumo. Ahora se encuentran a disposición de las empresas del sector eléctrico nacional y de usuarios particulares. Debidamente certificados y aceptados por el Sector Eléctrico Nacional e internacional.

Motor monofásico MOTOR DE FASE PARTIDA

Este trabajo es un desarrollo explicativo del funcionamiento de los motores monofásicos de inducción, y además estos mismos son maquinas transformadoras estáticas.

Nos referimos al motor asincrónico. Este es una maquina de corriente alterna, de la que solamente una parte: el rotor o el estator, esta conectado a la red y la otra parte trabaja por inducción, siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcionalmente al resbalamiento.

Por consiguiente la elección de un motor de cualquier tipo para una determinada instalación requiere el conocimiento de los conjuntos de características, las del motor y las de la instalación, algunas necesarias porque están impuestas, y no pueden ser elegidas arbitrariamente, otros en cambio pueden ser seleccionadas entre un conjunto de posibilidades.

Para adoptar efectivamente el motor se debe tener en cuenta, las exigencias de la instalación donde se ha utilizar, considerando que como el motor tendrá ciertos limites, los cuales no deberán ser superadas; por otra parte el motor con sus características propias, impondrá a la instalación ciertos requerimientos, que esta deberá satisfacer y a la vez se pueden utilizar directamente.

El comportamiento de estas maquinas cuando son sometidas a condiciones normales de trabajo, sus componentes y estructura son algunos de los temas que se trataran en este trabajo.

Cada tipo de motor de los mencionados a continuación posee características que lo diferencian de los demás tipos, sin embargo, todos funcionan bajo los mismos principios y leyes. Y varia la forma en que están construidos otorgándole así características especificas a cada una de las configuraciones adoptadas que a su vez han sido diseñadas para satisfacer necesidades distintas.

El motor jaula de ardilla, como el Shunt de corriente continua, marcha a velocidad prácticamente constante. Como el rotor no puede alcanzar la velocidad de rotación del campo magnético, debe siempre marchar con cierto grado de deslizamiento. En vació, el deslizamiento es muy pequeño. Al aplicar la carga al rotor se requiere del aumento de la densidad de la corriente que pasa por el, para desarrollar el par necesario para vencer el aumento de la carga si se introduce una resistencia al circuito del rotor de un motor de inducción, el deslizamiento aumentara para un valor determinado del par.

El par es proporcional al flujo, la corriente en el inducido y al coseno del ángulo alfa de desfase entre el flujo y la corriente.

El flujo del motor de inducción es prácticamente constante porque lo es la FCEM. Si se agrega una resistencia al circuito del rotor, la impedancia del rotor aumentará.

Los motores pueden ser de jaula de ardilla, o de rotor bobinado, los primeros en general se prefieren por razones de simplicidad, solidez y costo. Sin embargo los motores de rotor bobinado poseen características diferentes a las de un motor de rotor en jaula de ardilla que los hacen más eficientes en determinadas condiciones de trabajo. Por lo tanto, que era la selección de un motor adecuado es necesario contar con la mayor cantidad de información sobre diferentes tipos de motores y sus características de funcionamiento y así poder llevar a cabo la selección de un motor que cubra las necesidades requeridas.

Fueron los primeros motores monofásicos usados en la industria y aun perduran. Un motor fase partida es un motor de inducción monofásico con dos embobinados de. Estator, uno principal (M) y otro auxiliar de arranque (A). Ambos bobinados se conectan en paralelo y la tensión de la red se aplica a ambos. Estos dos embobinados están separados por un espacio de 90 grados eléctricos a lo largo del estator, y el embobinado auxiliar está diseñado para desconectarse del circuito a una determinada velocidad mediante un interruptor centrifugo; Además, este embobinado está diseñado para tener un cociente resistencia / reactancia mayor que el embobinado principal, de tal manera que la corriente del embobinado auxiliar adelante la corriente en el embobinado principal. Generalmente esta mayor relación R / X se logra al utilizar alambre de menor diámetro para el embobinado auxiliar. Se permite este tipo de alambre allí porque se usa sólo para el arranque y por tanto no tiene que tomar continuamente corriente plena.

Puesto que la corriente del embobinado auxiliar adelante la corriente del embobinado principal, el campo magnético Ba alcanza su punto máximo antes que el campo magnético principal Bm. Como Ba alcanza primero su punto máximo luego Bm, hay una rotación neta en el campo magnético, con dirección contraria al avance de las agujas del reloj. En otras palabras, el embobinado auxiliar hace que uno de los campos

magnéticos del estator con rotación contraria sea mayor que el otro y suministre un momento de arranque neto al motor.

La diferencia de fase es más pequeña de 90°, que es la ideal, la inductancia de la bobina de arranque es bastante pequeña, así que durante el arranque existe un gran flujo de corriente típicamente de siete o diez veces la corriente acumulada. Una gran parte de esta energía se consume en la bobina de arranque, así que para eliminar el peligro de sobrecalentamiento es necesario desconectar la parte de arranque tan pronto como el motor es acelerado lo suficiente, casi siempre al segundo mas o menos del arranque. Esto se hace normalmente por un interruptor de centrifugado montado en la cubierta y que se opera mediante un muelle de carga situado en el rotor.

El resultado se esquematiza en la curva momento / velocidad que muestra la figura 1 - A. Los puntos discontinuos pertenecen a los puntos de desconexión del arranque debido a la fuerza centrifuga. La discontinuidad situada en la parte derecha es donde actuaría en un arranque normal la fuerza centrifuga. La discontinuidad situada a la izquierda es donde el interruptor se volvería a cerrar sí el motor esta sobre forzado; esto nunca debe permitirse en un uso habitual ya que la energía disipada en el embobinado puede llegar a ser unas cincuenta veces la normal y se puede sobrecalentar en segundos.

Fig. 1-A Curva momento / velocidad de un motor monofásico con embobinados de

arranque

Fig. 2-B Puesto que Ia alcanza su punto máximo antes que Im hay una rotación neta de los campos magnéticos, con dirección contraria al avance de las agujas del reloj. En C) aparece la característica momento de torsión velocidad resultante.

En la figura aparece un diagrama en corte de un motor de fase partida. Allí se observa fácilmente los embobinados principal y auxiliares (estos últimos, con alambres de menor diámetro) y el interruptor centrifugo que saca del circuito los embobinados auxiliares cuando el motor se aproxima a la velocidad de funcionamiento (78-80% de su velocidad).

Sección de un motor de fase partida, donde se observan los embobinados principal y auxiliares y el interruptor centrifugo.

Si el interruptor centrífugo se encuentra abierto en el momento del arranque la corriente del bobinado de trabajo se eleva debido a la falta de giro del motor.

Esto es comparable a un transformador al que le hemos hecho un cortocircuito en el bobinado secundario.

En este caso el secundario en el motor esta representado por el bobinado del rotor que en este caso (jaula de ardilla) es prácticamente un cortocircuito.

Los motores de fase partida tienen un moderado momento de arranque con una corriente de arranque medianamente baja. Se utiliza en equipos que no necesitan momentos de arranque muy altos, como ventiladores, secadores y bombas centrifugas; Se fabrican en potencias de 1/30 (25 W) a ½ HP (373 W).

En un motor de fase partida, la corriente de los embobinados auxiliares siempre alcanza su punto máximo antes que la del embobinado principal, y por tanto el campo magnético del embobinado auxiliar siempre llega a ese punto antes que el campo magnético del embobinado principal. La dirección de rotación del motor está determinada por el hecho de que el ángulo del campo magnético del embobinado auxiliar esté 90° adelante o 90atrás del ángulo del embobinado principal. Puesto que ese ángulo puede cambiarse de la posición de 90° adelante a la 90° atrás solo con la manipulación de las conexiones del embobinado auxiliar, la dirección de rotación del motor puede invertirse mediante la manipulación de las conexiones del embobinado auxiliar sin cambiar las conexiones del embobinado principal.

El momento producido es típicamente de media a dos veces el momento normal, el cual tiene un amplio rango para pequeñas maquinas, por ejemplo, prensas, tornos, trituradores.

Sin embargo, aunque el motor este funcionando por debajo de su temperatura máxima, la puesta en funcionamiento sobrecalienta el arranque. Si esto es imposible es mejor el uso de un motor de arranque capacitivo (que se describe más adelante) o dejar el motor en funcionamiento continuo y efectuar las paradas y encendidos mediante un embrague.

La figura muestra el desplazamiento de los devanados y operaciones para motores de dos polos de fase partida.

Figura - A Muestra un motor de inducción de fase partidas

Figura - B Muestra las corrientes del motor en condiciones de arranque

El devanado de arranque ayuda a arrancar al motor de CA. de fase partida y es removido del circuito por un switch centrifugo cuando el motor alcanza del 75% al 80% de su velocidad nominal.

Los devanados de arranque y principal están desfasados en 90° aproximadamente

MOTOR DE FUNCIONAMIENTO CAPACITIVO

Algunas veces también son denominados motores capacitivos de división de fase permanente, éstos constituyen la extensión lógica de los motores de encendido capacitivo, pero donde el condensador permanece en funcionamiento durante todo el tiempo. Esto elimina el interruptor de centrifugado, pero introduce nuevos problemas que limitan el uso de estos motores a unas pocas aplicaciones muy especializados.

Figura - A muestra el motor de inducción con condensador partida permanente

Figura - B característica momento de torsión velocidad de este motor

El problema está dado por el cambio en la impedancia de la bobina, cuando en el motor se acelera el rotor desde una posición de paro, hasta la velocidad de funcionamiento final. Cuando el rotor está parado, los conductores que lo componen se acoplan en un corto giro al embobinado de arranque, y esto resulta una impedancia baja del embobinado. Conforme la velocidad se incrementa este efecto se reduce hasta que para. Con la velocidad final, la impedancia de bobina es tres o más veces superior. El valor óptimo del condensador cambia según su finalidad, así que se debe escoger de forma que se adecué a un buen arranque o a un funcionamiento optimo, pero no de ambos.

La figura muestra el motor de C.A monofásico con capacitor permanente, no requiere switch centrífugo. Ya que el capacitor nunca se mueve del circuito.

El segundo problema deriva del condensador en sí mismo. Los condensadores electrónicos utilizados como condensadores de arranque en los motores no son aptos para un uso continuo y es necesario que el uso de condensadores diseñados para tal fin en C.A.

Estos condensadores utilizan usualmente como material electrolítico polipropileno o papel impregnado de aceite y son de mayor tamaño y coste que sus equivalentes electrónicos.

Debido a que estos motores son optimizados al máximo para su uso con una impedancia alta (es decir, más vueltas) la fase del condensador reduce la capacidad total necesaria. Cuando el motor alcanza su velocidad optima trabaja como un verdadero motor bifásico, siendo más silencioso y produciendo menos vibraciones que la mayoría de los motores monofásicos.

Como contrapartida, estos motores tienen un pobre momento de arranque, pocas veces mayor que el momento total y la mayor parte de ellos una quinta parte del momento total. Incluso para la operación de arranque es necesario el uso del diseño de rotores con una resistencia muy alta que resultan en frecuencias de deslizamiento muy altas de forma que la velocidad del eje alcanza sólo el 90% de la sincronización en vez del 95% alcanzando con un rotor normal de baja resistencia.

Estos motores se utilizan principalmente en poleas, ya que éstas no necesitan de un gran momento inicial, o en motores muy reducidos donde no existe el espacio suficiente para alojar un interruptor de centrifugado.

MOTOR CON CONDENSADOR PERMANENTE

Se ha desarrollado un motor monofásico que funciona con los devanados permanentes. Los dos devanados tienen la misma sección y tiene el mismo numero de espiras, es decir los dos devanados son idénticos. Este motor no tiene centrifugo el motor arranca y funciona por la partición de fase en cuadratura producido por dos devanados idénticos desfasados, este motor tiene un par de arranque bajo, en el momento de arranque la corriente en la rama capacitiva es pequeña y el par de arranque es alrededor del 50% del par nominal.

Debido al campo magnético giratorio producido por devanados iguales cuyas corrientes desfasan en casi 90° el par de funcionamiento es uniforme y el motor no presenta zumbidos al igual que otros motores monofásicos. El valor del condensador se elige de forma que las corrientes de marcha en ambos devanados son iguales y desfasados en 90°. El conmutador puede cambiar de posición con cierto tiempo por lo tanto, los devanados funcionan independientes y mediante el condensador en serie.

Motor de arranque capacitivo

Estos se diferencian de los motores de división de fases en el hecho de que las bobinas de encendido tienen más vueltas (frecuentemente más que el embobinado principal) y se alimenta mediante condensadores en serie. El resultado de complicar mínimamente el circuito es el de un mejor encendido. Los condensadores en serie son la causa de que la corriente que se da en la bobina de arranque esté atrasada respecto a la fase de la tensión suministrada, escogiendo de forma correcta la bobina y el condensador, podemos aproximar en gran manera la diferencia de fase ideal de 90°.

El condensador de encendido tiene la ventaja de dar una corriente de encendido más baja y momento inicial mayor que su equivalente motor de división de fase. En la figura 3 - C se muestra una curva momento / velocidad típica de estos motores.

La figura 3 - C muestra el porcentaje de velocidad d sincronización

El momento inicial es ahora dos o tres veces mayor que el momento total con una corriente inicial cuyos valores están comprendidos entre cuatro y seis veces la corriente normal. Para conseguir este funcionamiento se necesitan valores altos de la capacidad, usualmente unos 50HZ o más por caballo de potencia a 240V 50 HZ y s6bre unas cuatro veces superior para 115V 60HZ. El único tipo de condensador que puede proveer esta capacidad s dicho tensión con un tamaño y coste aceptable es el condensador electrónico. Este es una variedad de condensadores donde la carga se almacena en capas en forma de ánodos aislados, extremadamente finas y formadas electrónicamente por aluminio puro. Un electrodo del condensador está formado por la capa de aluminio, el otro es un liquido conductor que está en contacto con la película en forma de ánodo. Esto nos da la gran capacidad necesaria en un volumen muy pequeño, pero desafortunadamente producen pequeñas aunque significantes pérdidas, que incrementan de forma muy espectacular la temperatura interna cuando circulan corrientes alternas muy altas. Esto no es de gran importancia cuando se utiliza únicamente como motor de arranque (en la mayor parte de los motores si se les da un mal uso, se quemaría primero el embobinado de arranque que el condensador), pero no se utilizan en un circuito de uso permanente.

La figura - A Muestra el motor de inducción con arranque por condensador

La figura - B Muestra el ángulo de la corriente en el arranque de este motor

El motor de encendido capacitivo monofásico es el más adecuado para utensilios domésticos. Tiene un gran momento inicial, tolera frecuentes paradas y puestas en marcha y es tan sólo un poco más caro que el de motor de división de fase. Es fácil de reconocer debido al pequeño saliente situado en la carcasa y que aloja el condensador cilíndrico para el arranque.

La figura - A Muestra el motor de inducción con condensador de arranque

La figura - B Muestra los componentes de este motor

MOTORES CAPACITIVOS Y DE ARRANQUE CAPACITIVO

Estos utilizan un gran condensador de arranque para ofrecer un buen momento en el encendido y, tan pronto como el motor alcanza una velocidad óptima, cambia a un valor más pequeño que se adapta mejor a las condiciones de funcionamiento permanente, esto combina el buen encendido que ofrece un motor de arranque capacitivo con el funcionamiento sin vibraciones de un motor de funcionamiento capacitivo. Este tipo de motor es de uso poco frecuentes y se utilizan para motores monofásicos de gran tamaño donde el uso sin vibraciones y un incremento en el factor de potencia son realmente factores considerables.

La figura - A Muestra el motor de inducción con condensador de arranque y condensador de marcha

La figura - B Muestra la característica momento de torsión - velocidad de este motor

Un motor de funcionamiento capacitivo como un motor trifásico, pero con un pobre momento inicial. Su sentido de giro se puede cambiar sí se intercambiando las conexiones en el embobinado principal, no importa cual de ellas.

Tanto los motores de división de fase como los de arranque capacitivo pueden cambiar de sentido de giro intercambiando las conexiones en el embobinado de arranque, o intercambiando las conexiones de la bobina principal. Sin embargo, esto es factible sólo cuando se realiza en el reposo, una vez el motor ha alcanzado su velocidad de funcionamiento las bobinas de arranque se desconectan por el interruptor de fuerza centrifuga y el intercambio de las conexiones no produce ningún efecto en el sentido de giro del motor.

La figura - A Muestra el giro hacia la derecha

La figura - B Muestra el giro a la izquierda (dos devanados auxiliares separados)

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MIMA

Funcionamiento del mima

El campo del motor asincrónico, se produce por inducción desde el estator y el flujo del rotor permanece normal mientras se aplique tensión al estator desde una fuente exterior. Si esta es eliminada bruscamente, como en el caso de que se produzca un cortocircuito en el sistema, el flujo en el rotor no puede variar instantáneamente. Teniendo en cuenta esto y que el motor se mantiene en movimiento por inercia, se deduce que en los arrollamientos del estator se generará una tensión que hará circular una corriente de cortocircuito por la falla, hasta que el flujo del rotor caiga a cero.

La corriente desaparece casi completamente en 4 ciclos, ya que no existe una corriente de campo que mantenga el flujo, como en el caso de las máquinas sincrónicas. Sin embargo el flujo magnético se mantiene el tiempo suficiente como para producir corriente de cortocircuito de magnitud tal que puedan llegar a efectuar al régimen de trabajo instantáneo en los interruptores y el régimen de trabajo de interrupción en dispositivos que abren dentro de uno o dos ciclos después de producido el cortocircuito. El valor de la corriente de cortocircuito producida por los motores de inducción depende de su potencia, de su tensión de régimen nominal, de la reactancia del motor y de la reactancia del tramo de líneas hasta el punto de cortocircuito. La impedancia que tiene ralamente la máquina en el instante del cortocircuito, es prácticamente igual a la impedancia de la máquina parada. Por consiguiente, el valor inicial simétrico de la corriente de cortocircuito, es aproximadamente igual a la corriente de arranque que tendría el motor si se aplicara directamente a sus bornes la tensión nominal.

El motor de inducción monofásico tipo jaula de ardilla asincrónico, se puede representar por los siguientes dibujos dependiendo de su fabricación.

MOTOR ASINCRÓNICO

Evidentemente no tiene hacer girar a los polos exteriores con la intención de hacer girar a un motor y al exterior explicación ha sido una nueva aproximación.

Supongamos ahora que en lugar de obligar a girar a los polos, se genera los polos aplicando corriente eléctrica alterna como se muestra en la figura.

Se observa que hay cuatro polos magnéticos cuyos valores y sentidos de flujo magnético se alteran y se genera un efecto algo similar a obligar a girar a los polos externos.

Nótese además que los cuatro polos pueden formarse de acuerdo a la figura a) o de acuerdo a b). El segundo caso será más común que el primero.

La variación del sentido y la magnitud de tensión aplicada a las bobinas de los polos (aplicada al estator), originan una variación de flujo que a su vez origina la operación de corriente inducidas en el motor. La variación de flujo tendrá una frecuencia (fs) y el girara a una velocidad con una frecuencia (f) cercana, pero no igual a Fs. Si se carga el motor obligándolo a realizar algún trabajo, la velocidad del motor disminuirá, aumentara la corriente en el motor además aumentara la corriente en el bobinado de la parte fija o estator. Es raro que las barras de la jaula se malogren por el exceso de corriente, siendo más común que el bobinado del estator sea el que hay que reparar o rebobinar cuando el motor “se queme”

CAMPO MAGNETICO ROTATORIO EN LOS MIMA

Generalidades

Los motores monofásicos asíncronos o también llamados motores monofásicos de inducción son las maquinas de impulsión eléctrica mas utilizadas por su sencillez, seguridad y costo. En general en todo las dependencias industriales se necesitan

“pequeños motores” que funcionen mediante alimentación monofásica para los diversos aparatos eléctricos.

La denominación “motor pequeño” se aplica a motores de potencia inferior a un caballo de fuerza, es decir, menor a un HP. También llamado motor de potencia fraccional y casi la totalidad de los motores monofásicos son de potencia fraccional. Aun cuando, se fabrican en potencias enteras normalizadas: 1.5, 2.5, 5, 7.5 y 10 HP tanto para tensiones de 115, 230 e incluso 440 volt para las potencias de 7.5 y 10 HP

El motor monofásico de inducción es netamente inferior al motor de inducción trifásico. Para iguales pesos, su potencia bordea solo el 60% de la del motor de inducción trifásico; tiene un factor de potencia más bajo y menor rendimiento.

Estos motores también presentan una gran desventaja: puesto que hay una sola fase en el bobinado del estator, el campo magnético de este motor no gira; en cambio, pulsa, al principio con gran intensidad que va disminuyendo luego, pero permaneciendo en la misma dirección. Como no hay campo magnético giratorio en el estator, un motor de inducción no tiene momento de arranque.

El hecho que los motores de inducción monofásico no tenga momento de arranque intrínseco constituyó un grave problema para el desarrollo inicial del motor de inducción. Los primeros sistemas disponibles con potencia de corriente alterna eran monofásicos de 133 HZ. Que con los materiales y técnicas del momento era prácticamente imposible construir un motor que funcionara de buena manera.

Sin embargo, una vez que comienza a girar el rotor se producirá en este un momento inducido. Existen dos teorías básicas que explican por que se produce momento en el rotor cuando este comienza a girar. La teoría del doble campo giratorio de los motores de inducción monofásicos y la teoría de campo cruzado de dicho motores. Ambas explicadas a continuación.

TEORÍA DEL DOBLE CAMPO GIRATORIO

Básicamente, esta teoría sostiene que un campo magnético pulsante y estacionario puede descomponerse en dos campos magnéticos giratorios de igual magnitud pero que giran en direcciones opuestas. El motor responde separadamente a cada campo magnético, y el momento neto de la maquina será la suma de los momentos correspondientes a cada uno de los dos campos magnéticos.

Que a la velocidad cero no tendrá momento neto, y lo cual explica el par que este tipo de motor no tiene momento de arranque.

Por otra parte, en un motor monofásico los campos magnéticos tanto de avance como de inversión están presentes y ambos son producidos por la misma corriente.

TEORÍA DEL CAMPO CRUZADO

Esta teoría considera el motor de inducción desde un punto de vista totalmente diferente, y se ocupa de las tensiones y corrientes que el campo magnético estacionario del estator puede inducir en las barras del rotor cuando esta se halla en movimiento.

Las tensiones del rotor producen un flujo de corriente en el mismo, pero debido a la alta reactancia del rotor la corriente atrasa a la tensión en cerca de 90°. Como el rotor esta girando casi a la velocidad sincrónica, este retardo de tiempo de 90° en la corriente produce una desviación angular de casi 90° entré el plano de la tensión máxima del rotor y el plano de la corriente máxima.

El campo magnético del rotor es, por tanto, un poco menor que el campo magnético del estator debido a las perdidas del rotor, pero difieren en casi 90° tanto en espacio como en tiempo.

El estator de este tipo de motores es físicamente el mismo que el de una maquina sincrónica, es decir, un estator típico de dos polos. Pero la construcción del rotor constituye la diferencia fundamental entre un motor de inducción trifásico y un motor de inducción monofásico. No existe conexión física entre el rotor y el estator, ya que se encuentran separadas uniformemente (entrehierro).

Las ranuras del estator están distribuidas uniformemente, y, en general, se utiliza un devanado dividido imbricado de doble capa monofásico. Ya que un devanado monofásico simple no produciría campo magnético giratorio ni par de arranque. Lo que explican las teorías antes mencionadas.

Obtención del campo giratorio con corriente alterna

Grafica de las intensidades de las corrientes en las bobinas

Campos magnéticos para los instantes t1 a t5

Campos magnéticos para los instantes t1 a t5 después de intercambiar los terminales

MIMA CON BOBINADO AUXILIAR E INTERRUPTOR

CENTRIFUGO

Componentes

Los motores monofásicos están constituidos principalmente como ha sido explicado al comienzo de este trabajo. Y varían algunos de sus componentes dependiendo de los diferentes diseños y sistemas que éstos utilicen.

Un motor de fase partida esta compuesto por dos bobinados de estator, el bobinado principal y el auxiliar (o de arranque). Los cuales están separados por un espacio de 90° eléctricos. El bobinado auxiliar esta construido con alambre de menor diámetro que el bobinado principal, con la finalidad de que este posea un mayor cociente resistencia / reactancia de manera tal que la corriente de éste adelante a la del bobinado principal.

Se utiliza este tipo de alambre ya que este bobinado solo actúa en el arranque del motor y por lo tanto no tiene que tomar continuamente corriente plena.

Además este motor posee un dispositivo que desconectara el bobinado auxiliar cuando el motor haya alcanzado una velocidad determinada el cual se denomina interruptor centrifugo.

Estructura

Como los motores monofásicos de inducción no arrancan por si solos se disponen medios auxiliares para obtener un par suficiente. Uno de los sistemas consiste en dividir la fase por medio de la combinación de la autoinducción, la resistencia y la capacidad.

En los motores de inducción monofásicos con devanado auxiliar, los devanados estatóricos se componen de dos devanados desplazados en 90° uno de otro: el devanado principal (de marcha) y el auxiliar (arranque). Los cuales están conectados en serie entre sí.

Existen diversos tipos de motores monofásicos con devanado auxiliar, que se diferencian según la forma de obtención del desfase entre las corrientes de los dos devanados. El devanado de auxiliar tiene menos espiras y esta construido con un conductor de menor sección que el devanado principal. El devanado auxiliar, por consiguiente, presentara una resistencia elevada y una reactancia reducida. Inversamente, el devanado principal (conductor de mayor sección y mayor numero de espiras) presentara una resistencia reducida y una reactancia elevada.

A causa de su menor impedancia, la corriente en el devanado principal, es mayor que la corriente en el devanado auxiliar. Los motores de fase partida necesitan una corriente de arranque medianamente baja. Por lo que, se utilizan en equipos que no necesitan momentos de arranque muy altos, como ventiladores, secadores y algunos tipos de bombas; no son costosos y se consiguen en tamaños de frecuencia de HP.

Funcionamiento

La corriente en el devanado auxiliar se encuentra retrazada aproximadamente en 15° respecto de la tensión de alimentación. En tanto que la corriente del devanado principal, que es mayor, esta retrazada en unos 40° respecto de la tensión monofásica. A pesar del hecho que la corriente en los dos devanados en cuadratura en el espacio no es igual, aún cuando las componentes en cuadratura son prácticamente iguales.

Si los devanados están desplazados en 90° en el espacio y si las componentes en cuadratura de la corriente, que están desfasadas en 90°, son prácticamente iguales, se produce entonces un campo giratorio bifásico equivalente en el arranque que desarrolla el par suficiente para acelerar el rotor en el sentido del campo giratorio producido por las corrientes.

Cuando el rotor acelera genera su propia Fem. De rotación (teoría del campo transversal) y tiende a producir un par resultante en virtud de su propia rotación en un sentido particular (teoría del campo giratorio). El par desarrollado por el campo principal pulsatorio (producido por el devanado principal) supera al desarrollo por ambos devanados a un valor del deslizamiento de alrededor del 15%. Asimismo, es evidente, que la corriente sola produciría menos perdida ya que se eliminarían las perdidas del devanado auxiliar. Por estas dos razones se utiliza un interruptor centrífugo

(normalmente cerrado en reposo) que se accione a un deslizamiento de alrededor de un 25% (par máximo como motor monofásico), con lo que el motor alcanza su deslizamiento nominal (aproximadamente el 5% o menos según la carga aplicada) como motor monofásico en virtud de su propio campo transversal.

Las características nominales de un motor del devanado auxiliar se basan en razón de su servicio intermitente. Si el interruptor centrifugo se descompone y no abre (por lo general debido a contactos soldados), la temperatura presente en el devanado auxiliar es alta, debido a la alta resistencia que presenta éste. Al averiarse el interruptor centrifugo la temperatura aumentara excesivamente en el estator pudiendo provocar su avería por sobrecalentamiento.

MIMA CON BOBINADO AUXILIAR Y CONDENSADOR DE PARTIDA

Componentes

Conjunto rotor - interruptor de arranque giratorio

conjunto estator

tapas de rodamientos o cojinetes

condensador de arranque

cubierta del condensador

ventilador

interruptor estacionario

bloque de terminales

cubierta de ventilador

Estructura

En estos motores se utiliza la capacidad para dividir la fase, en lugar de resistencias el empleo de condensadores tiene muchas ventajas. Puede conseguirse que los flujos de las dos fases estén desfasados prácticamente en 90°, de modo que el motor queda convertido en bifásico. El par de arranque es, pues, considerablemente mayor que en el motor corriente de fase partida, de idénticas características. Hasta hace un tiempo, el alto costo de los condensadores impedía su uso en arranque de motores; su bajo costo actual permite emplearlos en motores de potencia fraccional.

En algunos equipos, el momento de arranque proporcionado por un motor de fase partida es insuficiente para arrancar la carga en el eje del motor. En tales casos pueden utilizarse los motores de arranque por condensadores. En los motores de este tipo se conecta un condensador en serie con el bobinado auxiliar.

Funcionamiento

Mediante la adecuada elección del tamaño del condensador, la fuerza magnetomotriz de la corriente de arranque del bobinado auxiliar puede ajustarse para que sea igual a la fuerza magnetomotriz de la corriente del bobinado principal, y puede lograrse que el ángulo de fase de la corriente del bobinado auxiliar adelante la corriente del bobinado principal a 90°. Ya que los dos bobinados están separados físicamente en 90°, una diferencia de fase de 90° en la corriente producirá un solo campo magnético de estator de rotación uniforme, y el motor se comportara como si arrancara mediante una fuente de potencia trifásica. En este caso el momento de arranque puede superar el 300% de su valor nominal.

En el motor de arranque por condensador el desfase entre las corrientes de los devanados se logra, como ya lo mencionamos, conectando un condensador en serie con el devanado auxiliar. El comportamiento de régimen del motor dependerá de la capacidad de dicho condensador: cuanto mayor sea la capacidad mayor será también el par de arranque.

No obstante, si la capacidad es muy grande circulará por el devanado una corriente de gran intensidad que provocará un calentamiento excesivo. Por tanto, la capacidad no deberá ser demasiado grande. Se recomienda que durante el funcionamiento el condensador de régimen deberá absorber una potencia reactiva de 1 Kva. Por cada Kw. de potencia de motor. Sin embargo, esto provocará por lado, que el motor presenta un par de arranque reducido.

La conexión en serie del condensador de régimen y del devanado de lugar a un circuito resonante serie. Por lo tanto, el condensador quedará sometido a tensiones mayores que las nominales del motor, tensiones que deberá poder soportar el condensador de régimen.

Los motores de arranque por condensador son más costosos que los de fase partida, y se utiliza en equipos donde es absolutamente necesario un alto momento de torsión de arranque. Estos motores tienen aplicación habitual en compresores, bombas, acondicionadores de aire, y otros equipos que deben arrancar bajo carga.

MIMA CON BOBINADO AUXILIAR, CONDENSADOR DE PARTIDA Y DE TRABAJO

Componentes

Los componentes de este tipo de motor solo varían de los del motor de fase partida con bobinado auxiliar y condensador de arranque, en que este motor posee además un condensador de menor valor que permanece conectado al bobinado auxiliar después del arranque, y no posee interruptor de arranque estacionario.

Estructura

El condensador de arranque hace tan buen trabajo de mejoramiento de la características momento torsión - velocidad de un motor de inducción, que a veces se deja permanentemente en el circuito del motor un bobinado auxiliar con un condensador más

pequeño. Si se escoge correctamente el valor de condensador, tal motor tendrá un campo magnético giratorio perfectamente uniforme a cierta carga especifica, y en ese punto se comportara como un motor de inducción trifásico.

Los motores de condensador partida permanente son más sencillos que los de arranque por condensador, ya que no necesitan interruptores de arranque. A cargas normales, son más eficientes y tiene mayor factor de potencia y un momento de torsión mas uniforme que los motores de inducción monofásicos comunes.

Una desventaja en este tipo de motores es que poseen un menor momento de arranque que los motores de arranque por condensador, ya que al condensador debe tener un valor adecuado para equilibrar las corrientes de los bobinados auxiliares y principal en condiciones normales de carga. Puesto que la corriente de arranque es mucho mayor que la de carga normal, un condensador adecuado ayuda mucho en el balance de las fases con carga normal en condiciones de arranque.

Cuando se hace necesario un mayor momento de arranque y mejores condiciones de funcionamiento, pueden utilizarse dos condensadores con el bobinado auxiliar. A estos motores se les llama también motores con condensadores de arranque y condensador de giro, o motores con condensador de dos valores.

Funcionamiento

Debido a que éste motor continuamente como un motor de fase partida permanente, no se precisa interruptor centrifugo. El motor arranca y funciona gracias a la partición de fase de cuadratura producida por dos devanados idénticos desfasados temporal y especialmente. Como resultado, este motor no posee el elevado par de marcha producido tanto en el motor de arranque por resistencias, como de arranque por condensador. Además, el condensador utilizado en el motor de fase partida permanente con condensador de un solo valor se proyecte para servicio continuo y es del tipio de aceite. El valor del condensador se determina en función de una marcha óptima en lugar de por su característica de arranque. En el momento del arranque, la corriente en la rama capacitiva es muy pequeña. El resultado es que el motor de fase partida permanente con condensador de un solo valor (a diferencia del motor de arranque por condensador) tiene un par de arranque muy pobre, de alrededor del 50% al 100% del par nominal.

MIMA DE REPULSIÓN

Clasificación: de un modo general estos motores pueden ser clasificados en tres distintos tipos: 1, motores de repulsión como tal; 2, motores de repulsión solo en arranque; 3, motores de repulsión e inducción. En razón de su característica común se les conoce también con el nombre de motores monofásicos de rotor bobinado, y están definidos en los siguientes términos.

Motor de repulsión

Es un motor monofásico provisto de un arroyamiento estatórico destinado s ser conectado a una red de alimentación, y de un arroyamiento retórico unido a un colector. Las escobillas que frotan sobre el colector están unidas en cortocircuito y dispuestas de manera que el eje del campo magnético creado por el arrollamiento esté inclinado respecto al eje del campo magnético estatórico. Este tipo de motores tiene una característica de velocidad muy variable con la carga.

Motor de repulsión sólo en el arranque

Es el motor monofásico provisto de los mismos arrollamientos que uno de repulsión, en el cual, al alcanzarse una velocidad predeterminada, el arrollamiento rotórico queda puesto en cortocircuito o bien conectado en forma de resultante equivalente a uno en jaula de ardilla. Este tipo arranca como motor de repulsión, pero una vez en régimen de servicio funciona como motor de inducción, es decir, con una característica de velocidad casi constante.

Motor de inducción e inducción

Es un motor monofásico cuyo rotor lleva, además del arrollamiento propio de un motor de repulsión, otro de jaula de ardilla. Este tipo funciona simultáneamente como motor de repulsión y como motor de inducción, y su característica de velocidad puede ser variable o constante.

La única característica que comparten en común es la presencia de un devanado retórico unido a un colector. Estos motores se alimentan con corriente monofásica procedente de una red de iluminación o de fuerza, según la potencia de los mismos.

Construcción: la mayoría de los motores de repulsión consta de las siguientes partes:

1- Un estator similar al de un motor fase partida o al de uno con condensador, provisto de un arrollamiento, normalmente subdividido en dos secciones y análogo al de trabajo que llevan los motores de los tipos citados para dos tensiones de servicio.

2- Un rotor, consistente en un núcleo de chapas de hierro ranurada donde va alojado un arrollamiento unido a un colector. Este rotor es similar, en cuanto a construcción, al inducido de un motor de corriente continua, y por este motivo será designado indistintamente con los nombres de rotor o inducido. Las ranuras suelen estar algo inclinadas con respecto al eje rotórico para que el par de arranque no depende de la posición del rotor y para reducir el zumbido magnético. El colector puede ser de dos tipos: axial con delgas en forma de cuñas perpendiculares al eje.

3- Dos escudos provistos de los cojinetes donde se apoya el eje del inducido.

4- Escobillas del carbón encajadas en sendos porta escobillas, qué al rozar las delgas del colector permiten la circulación de corriente por el inducido.

5- Porta escobillas, montadas sobre el escudo o sobre el eje rotórico, según el tipo del motor.

Motor de repulsión solo en arranque

Estos motores monofásicos, que se fabrican con potencias comprendida entre ¼ y 10 cv, poseen un par de arranque elevado y una característica de velocidad constante. Se utilizan en frigoríficos, compresores, bombas t otras aplicaciones en las que se requiere un par elevado.

Existen dos modalidades constructivas diferentes, según que las escobillas permanezcan o no en contacto con las delgas del colector. En variantes con escobillas separables, estas se separan automáticamente del colector cuando el motor a alcanzado aproximadamente el 75% de su plena velocidad de régimen. El colector suele ser normalmente del tipo radial. En la variante con escobillas no separables éstas como su nombre lo indica, permanecen siempre en contacto con el colector. El colector suele ser en tal caso de tipo axial por lo que respecta al resto del funcionamiento ambas variantes son absolutamente idénticas.

Funcionamiento del motor con escobillas separables

Para conseguir que un motor de inducción monofásico de inducción pueda arrancar con un par elevado, se bobina un arrollamiento estatórico a la red, la corriente que circula por él engendra un flujo magnético, y este induce a su vez una tensión en el arrollamiento rotórico. Como dicho arrollamiento queda cerrado por las escobillas, circula corriente a su vez, la cual origina otro flujo magnético. Los polos magnéticos creados en el estator y en el rotor son del mismo signo, y por tanto dan lugar a un par de repulsión; de ahí el nombre que recibe estos motores.

Cuando el motor alcanza aproximadamente el 75% de su plena velocidad de régimen, las delgas del colector quedan puestas en cortocircuito por la acción de un mecanismo centrifugo, y las escobillas son separadas automáticamente del colector. El inducido se convierte entonces en un rotor de jaula de ardilla, y el motor sigue girando como uno de inducción.

Funcionamiento del motor con escobillas no separables

Este tipo de motor posee un colector axial, y las escobillas se apoyan sobre la superficie longitudinal de las delgas.

El mecanismo centrífugo más corrientemente empleado en tal caso consiste en una serie de segmentos de cobre, sostenidos por un muelle circular que los une. El conjunto va dispuesto en el hueco central del colector, de forma que, por efecto de la fuerza centrífuga, los segmentos pongan en cortocircuito las delgas del colector cuando el motor alcanza una velocidad predeterminada. Cuando se para el motor, los segmentos

vuelven a su posición inicial, accionando por el muelle circular y dejan de establecer contacto con el colector. Mientras más delgas de hallan en cortocircuito el motor funciona como uno de inducción.

Existen diversos tipos de mecanismos centrífugos aptos para este motor, pero su principio de funcionamiento es básicamente el mismo. En este tipo de motores, una vez alcanzada la velocidad que hace entrar en acción el mecanismo centrífugo ya no circula corriente alguna por las escobillas, a pesar de permanecer en contacto con él colector. El numero de escobillas varia en función del numero de polos del motor. Así, un motor tetrapolar suele llevar cuatro escobillas, sin embargo, pueden ser suficientes dos si el arrollamiento del inducido es ondulado o el colector lleva conexiones equipotenciales. Esta condición se cumple para todos los motores e repulsión, sea cual fuera el numero de polos o de escobillas de los mismos.

MIMA UNIVERSAL

A grandes rasgos el motor universal es o son maquinas que trabajan tanto con DC como con AC son semejantes a los motores serie DC, tiene su misma característica velocidad - torque, y se fabrica con potencias desde 0.01 HP hasta 2 HP. Se utilizan principalmente para impulsar electrodomésticos pequeños y herramientas portátiles, como: maquinas de cocer, aspiradoras, batidoras, taladros, sierra, etc.

Sus principales ventajas con su alto torque de arranque y su amplio rango de velocidad de trabajo, en mucho casos superior a los 10.000 rpm

Aspectos mas técnicos del motor universal

Quizás el enfoque más sencillo utilizado para diseño un motor que funcione con una fuente de potencia de CA monofásica consiste en tomar una maquina de CC ponerla en marcha con un suministro de CA

Si se invierte la poralidad de la tensión aplicada a un motor de CC en serie tanto la dirección del flujo de campo como la dirección dela corriente inducida se invierten, y el momento inducido resultante continua en la misma dirección que tenia antes. Por tanto, debería ser posible alcanzar un momento pulsante pero unidireccional a partir de un motor de CC conectado a una fuente de potencia de CA.

Este tipo de diseño solo resulta practica para el motor de CC serie, puesto que la corriente inducida y la corriente de campo de la maquina debe invertirse exactamente al mismo tiempo. Para los motores de CC en derivación, altísima inductancia de campo tiende a retardar la inversión de la corriente de campo y por ende a reducir de manera inconveniente el momento inducido promedio del motor. Para que un motor de CC funcione efectivamente con CA, sus polos de campo y el marco del estator debe estar completamente laminados. Si no lo estuvieran, las perdidas de núcleo serian enormes. Al estar laminados los polos y el estator, el motor se llama generalmente motor universal por cuanto éste puede marchar a partir de una fuente bien sea de CA como CC.

Cuando el motor está funcionando con una fuente de CA, la conmutación será mucho más pobre que con una fuente de CC el chispeo extra en las escobillas se deben a las

tensiones que inducen acción transformadora en las escobillas y en algunos ambientes pueden ser una fuente de interferencia para las frecuencias radiales.

Una característica típica en momento de torsión - velocidad de un motor universal; ésta difiera de la característica de la misma maquina que funciona con una fuente de tensión de CC, por dos razones:

1- Los embobinados de inducción y de campo tienen unas reactancias grandes a 50 o 60 HZ, una parte significativamente de la tensión de entrada cae a través de estas reactancias, y por tanto la tensión A es más pequeña para una determinada tensión de entrada durante el funcionamiento con CA que con CC puesto que para una determinada corriente de inducido y un momento de inducido, el motor es mas lento con corriente alterna que con corriente continua.

2- Además, la tensión cresta de un sistema de CA es raíz de dos veces su valor rms y por esto la saturación magnética podría ocurrir cerca de la corriente cresta de la maquina. Esta saturación podría disminuir notablemente el valor del flujo rms del motor para determinado nivel de corriente, teniendo a reducir el momento inducido de la maquina. Se debe tener presente que una disminución del flujo aumenta la velocidad de una maquina de corriente continua, por lo cual este efecto puede compensar principalmente la disminución de velocidad ocasionada por el primer efecto.

Control de velocidad de lo motores universales

La mejor manera de controlar la velocidad de un motor es variar el valor rms de su tensión de entrada. Cuando más alto sea esta tensión, mayor será la velocidad resultante de este motor. En la practica la tensión promedio aplicado a este motor varia con uno de los circuitos SCR, o TRAC. La función especifica de los SCR es comandar la tensión que se le aplica al motor para controlar su velocidad de funcionamiento. Como se dice anteriormente entre mas cerca se dispara el SCR mayor tensión alcanzará el motor.

MIMA DE POLOS DE SOMBRA

La invención está relacionada con la electrotecnia, y en específico con los motores con polo sombreado o pantalleado, la misma puede ser utilizado en la industria de la construcción de pequeños motores monofásicos (ventiladores, extractores, etc.).

Son conocidos los motores asincrónicos monofásicos con polo sombreado en los cuales entre los polos próximos se colocan un puente electromagnético, para de esa forma lograr un entre hierro uniforme entre estator y rotor con lo que se logra una disminución de la pérdidas provocadas por las armónicas superiores en el rotor. La ejecución tecnológica de los motores de este tipo es no factible y acelera considerablemente el gasto de instrumentos en el estampado de las laminas.

Además con esta construcción, no se logra una altura completamente uniforme del entre hierro, ya que en la zona en que está colocado el anillo cortocircuitado ésta aumenta en varias veces.

.-Corte de un motor de inducción de polos sombreados

Todos los motores descritos anteriormente hacen uso de una bobina encendida de múltiples vueltas. El motor de polo sombreado se diferencia en que la bobina de encendido forma parte del circuito en todo instante y adquiere la forma de dos lazos de cobre que rodean parte de cada polo de arranque. Estas partes “sombreados” del campo producido por el polo del arranque principal y la comente inducida en el lazo hacen que el campo generado por esta parte sombreada atrase el campo principal. La variación en la fase es menor que la ideal de 90° y el módulo del campo sombreado considerablemente menor que el campo principal. Debido a esto el momento inicial es muy pequeño, típicamente es sólo la mitad del momento total.

a) Diagrama de un motor de inducción de polos sombreados

b) Su característica resultante momento de torsión- velocidad

Una parte considerable de la energía se pierde en los lazos que están en el circuito en todo instante y esto da como resultado una baja eficiencia. Una eficiencia mayor del 20% es muy difícil de encontrar y en los motores pequeños puede ser tan pequeño como un 2 o 3%. Esto también trae consigo una pobre regulación de la velocidad.

Bajo la óptica de su uso, e motor de polo sombreado es de uso muy extendido debido a su simplicidad, su bajo coste y su idoneidad para usos en baja potencia. La potencia de salida oscila entre 1 y 50 W (0.001 a 0.07 HP) y para estos valores tan bajos de potencia requerida la eficiencia es raramente un problema. Sin embargo, debido a sus grandes perdidas, este tipo de motores trabajan siempre a altas temperaturas, incluso sin realizar ningún tipo de esfuerzo.

Las grandes maquinas bipolares y cuadrupolares utilizan simples arranques de laminación circular con bloques en cada uno de los polos de los anillos sombreado(en algunos casos el “anillo” es de hecho rectangular).

Cuando se ensambla en su carcasa no parece muy diferentes de su primo el motor de división de fase. Sin embargo, su reducido tamaño y su construcción radicalmente diferentes se utilizan para reducir los gastos de producción.

El estator por lo general es de polos salientes, esta formado por un paquete de chapas con zapata polar, alrededor de la zapata se junta los bobinados de campo. El rotor es de tipo jaula de ardilla. Los escudos son de fierro fundido.

.-Construcción general y principio del motor con espiras de sombra

En los motores de polos rasgados la dirección de rotación ésta determinada por la posición de los anillos rasgados, el rotor siempre gira hacia el lado más en punta de los polos. La única forma de hacer que un motor de polos rasgados gire al revés es demostrarlo y volverlo a montar, pero intercambiando esta vez los extremos del rotor. Esto no es normalmente dificultoso, tan sólo se han de cambiar de posición un par de clavijas.

MOTOR PASO A PASO

Un motor paso a paso es un tipo especial de motor sincrónico diseñado para rotar un determinado numero de grados por cada pulso eléctrico que recibe por su unidad de control. Los pasos habituales son 7.5° o 15° por pulso. Estos motores se usan en muchos sistemas de control, puesto que la posición de un eje o de otra pieza mecánica puede controlarse de modo preciso mediante ellos.

Un estator trifásico bipolar con rotor de imán permanente. Si se aplica una tensión de CC a la fase (a) del estator sin aplicar ninguna tensión a las fases (b), (c) entonces en el rotor se inducirá un momento de inducción lo que hace alinearse con el campo magnético (bs), del estator.

Supongamos que se apaga la fase (a) y que se aplica en la fase (c) una tensión continua negativo. El nuevo campo magnético del estator (a) gira 60° con respecto al campo magnético previo, y el rotor del motor lo limita. Continuando este modelo, es posible construir una tabla que muestra la función del estator en función de la tensión aplicada al rotor. Si la tensión producida por la unidad de control cambia con cada pulso de entrada, entonces el motor paso a paso avanzara 60° con cada pulso de entrada.

Es fácil construir un motor paso a paso con intervalo de paso mejor mediante el aumento del numero de polos del motor la cantidad de grados mecánicos que corresponde a determinada cantidad de grados eléctricos en cada paso de la tabla corresponde a 60° eléctricos, la cantidad de grados mecánicos movidos por paso disminuye al aumentar el numero de polos. Por ejemplo si el motor paso a paso tiene 8 polos, entonces el ángulo mecánico del eje del motor cambiara a 15° por paso.

La velocidad de un motor paso a paso puede relacionarse con la cantidad de pulsos que han en su unidad de control por unidad de tiempo hay una ecuaciones que da el ángulo mecánico de un motor paso a paso en función del ángulo eléctrico. Los dos lados de esta ecuación están diferenciados con respecto al tiempo, entonces tenemos una relación entre las velocidades eléctrica y mecánica de rotación del motor.

Hay dos tipos de motores básicos Paso a paso, que solo difieren en la disposición de rotor: el de imán permanente y el de reluctancia. El primero tiene un rotor de imán permanente, mientras el segundo tiene un rotor ferromagnético que no es un imán permanente. (El rotor antes descrito es el del tipo reluctancia). En general, el motor paso a paso de imán permanente puede producir mayor momento de torsión que el de tipo

reluctancia, puesto que el de imán permanente tiene momento de torsión tanto del campo magnético del rotor como de los efectos de reluctancia.

Generalmente los motores paso a paso de tipo reluctancia se construyen con un embobinado de estator de cuatro fases en vez del embobinado trifásico descrito anteriormente. El embobinado de estator de cuatro fases reduce el paso entre los pulsos, de 60° a 45| eléctricos. Como mencionamos anteriormente, el momento de torsión de un motor de reluctancia varia en proporción a sen 2 gama, por lo cual el momento de torsión de reluctancia entre los pasos será máximo para un ángulo de 45° por tanto, un determinado motor paso a paso puede producir mayor momento de torsión con un embobinado de estator de cuatro fases que con uno trifásico.

Esto puede generalizarse con el fin de aplicar a todos los motores paso a paso, independientes del numero de fases de los embobinados de estator. En general si un estator tiene n fases, se requieren dos n pulsos por revolución eléctrica en tal motor. Por consiguiente, la relación entre la velocidad del motor y rpm y él numero de pulsos por minuto es: nm=1/Np*n pulsos.

Los motores paso a paso se utiliza frecuentemente en sistemas de control y posición porque el computador que efectúa el control puede saber la velocidad y la posición exactas del motor paso a paso sin necesitar información de retorno del eje del motor.

Los motores paso a paso son ideal para la construcción de mecanismos en donde se requieran movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores, es él hecho es de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, para completar un giro completo de 360°.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o totalmente libre. Si una o más de sus bobinas esta energizada, el motor estará enclavados en la posición correspondiente y por el contrario quedara completamente libre si no circula corriente por sus bobinas.

Principio de funcionamiento

Básicamente estos motores están construidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintas imágenes permanentes y por un cierto numero de bobinas en su estator.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deben ser externamente manejadas por un controlador.

Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente

Bipolar: estos tienen generalmente cuatro cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

Unipolar: estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno, este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar, se puede

controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULM2803, el cual es un array de 8 transistores de tipo darlington capaces de manejar cargas de hasta 500ma las entradas de activación (activa A, B, C y D) pueden ser directamente activadas mediante un microcontrolador.

Secuencias para manejar motores paso a paso bipolares

Como se dijo anteriormente, estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada, cada inversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido esta determinado por la secuencia seguida.

A continuación veremos la tabla con la secuencia necesaria para controlar motores paso a paso del tipo bipolares.

PASO TERMINALES

A B C D

+V - V + V - V

+V - V - V + V

-V + V - V + V

-V + V + V - V

Secuencia para manejar motores paso a paso unipolar

Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales se detallan a continuación. Todo las secuencias comienzan nuevamente por el paso uno, una vez alcanzado el peso final (4u 8) para revertir el sentido de giro, simplemente se debe ejecutar las secuencias en modo inverso.

Secuencia normal

Esta es la secuencia mas usada y la que generalmente recomienda el fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso por ves y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtienen un alto torque de paso y de retención.

Paso bob a bob b bob c bob c

1 on off off off

2 off on on off

3 off off on on

4 on off off on

ENSAYOS DE MÁQUINAS A LOS MIMA

Ensayo sin carga (vació)

El motor de inducción se conecta a una alimentación a su tensión nominal y se hace funcionar sin ( ninguna) carga acoplada a su eje. En estas condiciones, como en el caso de los anteriores ensayos “en vació”, la potencia de entrada al inducido estatórico del motor de inducción presenta (1) las pérdidas por rotación (pérdidas en el hierro y mecánicas), y (2) unas pequeñas perdidas en vacío equivalentes a las perdidas en el cobre del estátor y el rotor.

Ensayo con rotor bloqueado (cortocircuito)

El motor se desconecta y su rotor se bloquea para impedir su rotación. Al estator se aplica una pequeña y gradualmente creciente tensión trifásica (procedente o bien de un varias trifásico o de un regulador de inducción polifásico) hasta que circule la corriente nominal de línea indicada en la placa de características. Como en el ensayo de cortocircuito del transformador, y por las razones justificadas en el apartado 12-11, las perdidas en el hierro son despreciables y no hay perdidas mecánicas ya que el motor no gira. La potencia total absorbida por el motor representa, por tanto, las perdidas eléctricas en el cobre a plena carga del estator y del rotor.

RENDIMETO DE LOS MIMA

El rendimiento de los motores monofásicos de potencia fraccional se determina ordinariamente por cualquiera de los siguientes métodos.

1- Ensayos dinámometrico en los que el motor se acopla a un generador dinamométrico de CC cargado con una resistencia y cuyo estator se asienta mediante gorrones. Al estator dinamómetrica se suelda una palanca de par, que se opone a su rotación mediante un muelle calibrado o instrumento del tipo chatillon para medir la fuerza o par desarrollados por el dinamómetrico. Este método emplea la carga directa.

2- También puede utilizarse generadores calibrados (de rendimiento conocido) para medir los rendimientos relativos de los métodos monofásicos de potencia fraccional. Este método también emplea carga directa.

3- Los motores monofásicos no fraccionales de pequeña potencia pueden

ensayarse mediante el método clásico a rotor bloqueado. La técnica es algo más fácil debido a la relatividad sencillez de los cálculos monofásicos y no se precisa equipo especial.

4- El método de la AIEE de carga directa descrito, también puede utilizarse si esta garantizada una determinación del rendimiento más precisa.

5- A veces se utiliza un freno de prony en el punto (1) anterior en lugar del generador dinamométrico con una palanca de par y escala para leer los HP de salida por carga directa.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MIMA

Curvas características del motor de fase partida

a) Motor de inducción de fase partida. b) Corrientes del motor en condiciones de

arranque.

Los motores de fase partida tienen un par de arranque moderado con una corriente de arranque relativamente baja. Se emplean en aplicaciones que no requieren pare de arranque muy elevados.

Curva característica del motor de funcionamiento capacitivo

Motor de inducción con condensador partida permanente.

Característica momento de torsión - velocidad de este motor.

Curva característica del motor de arranque capacitivo

Motor de inducción con arranque por condensador.

Angulo de la corriente en el arranque de este motor.

c) Característica momento de torsión - velocidad de un motor de inducción con arranque por condensador.

Curva característica del motor capacitivo y arranque capacitivo

Motor de inducción con condensador de arranque y condensador de marcha

Característica momento de torsión - velocidad de este motor

Curvas características del motor polos de sombra

Diagrama de un motor de inducción de polos sombreados.

Su característica resultante momento de torsión - velocidad.

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MIMA

Un motor de inducción depende par su funcionamiento de que el circuito del estator induzca tensiones y corrientes en el circuito del rotor (acción transformadora). Puesto que la inducción de tensiones y corrientes en el circuito del rotor de un motor de inducción es, esencialmente, una operación de transformación; el circuito equivalente de un motor de inducción, terminara por ser muy similar al circuito equivalente de un transformador. A un motor de inducción se le da el nombre de maquinas individualmente excitada (al contrario de máquina sincrónica doblemente excitada), puesto que la potencia se entregará únicamente al circuito del estator. Como un motor de inducción no tiene circuito de campo independiente, su prototipo no tendrá una fuente de tensión interno, como la tensión generada internamente (Ea) de una máquina sincrónica.

Es posible deducir el circuito equivalente de un motor de inducción basándose en el conocimiento de los transformadores y de lo que ya sabemos sobre la variación de la frecuencia del rotor, con la velocidad en los motores de inducción. El prototipo del motor de inducción de desarrollará con base en el modelo de transformador del capitulo 2 y luego resolviendo cómo considerar la frecuencia variable del rotor y teniendo en cuenta otros efectos similares del motor de inducción.

Modelo de un motor de inducción como transformador

En la figura se ve el circuito equivalente por fase de un transformador, que representa el funcionamiento de un motor de inducción.

Como cualquier transformador, hay una cierta resistencia y autoinductancia en los embobinados primarios (estator), los cuales deben presentarse en el circuito equivalente de la máquina. La resistencia del estator se denomina R1, y la reactancia de dispersión del estator X1. Estas dos componentes aparecen justo a la entrada del modelo de la máquina.

Modelo de transformador de un motor de inducción, con rotor y estator conectados por medio de un transformador ideal con relación de espiras (Aef)

También como cualquier transformador con un núcleo de hierro, el flujo en la máquina está relacionado con la tensión aplicada E1. En la figura a) - 4 la fuerza magnetomotriz - versus - la curva de flujo (curva de magnetización) de la máquina se coteja con una curva similar de un transformador de potencia. Observe que la pendiente de la curva del flujo versus fuerza magnetomotriz del motor de inducción es mucho menos pronunciada que la curva de un buen transformador. Esto sucede, porque existe un entrehierro en el motor de inducción, que aumenta enormemente la reluctancia de la trayectoria del flujo y por tanto debilita el acoplamiento entre los embobinados primario y secundario. Cuanto más alta la reluctancia causada por el entrehierro, se necesita una corriente de magnetización más alta para lograr un nivel de flujo determinado. Por tanto, la reactancia de magnetización en el circuito equivalente Xm tendrá un valor mucho menor (o la susceptancia Bm tendrá un valor mucho mayor que el que correspondería a un transformador corriente.

La tensión primaria interna del estator E1 se acopla con el secundario Er por medio de un transformador ideal con una relación de espiras Aef. La relación de espiras efectiva Aef es bastante fácil de determinar para un motor de rotor devanado; es básicamente la relación del numero de conductores por fase del estator, con el numero de conductores por fase en el rotor, modificada por cualesquiera diferencias de factores de paso y de distribución.

En cambio, es un poco difícil definir exactamente Aef, en el caso de un motor de rotor de jaula de ardilla, porque no hay embobinados diferentes en el rotor de jaula de ardilla. En ambos casos, hay una relación de espiras efectivas para el motor. La tensión Er producido en el rotor produce, a su vez, un flujo de corriente en el circuito del rotor de la máquina (o secundario) , puesto en cortocircuito.

Fig. a) - 4 Muestra la curva de magnetización de un motor de inducción cotejada con la de un transformador.

Las impedancias del primario y la corriente de magnetización del motor de inducción son muy parecidas a los componentes correspondientes del circuito equivalente de un transformador. El circuito equivalente de un motor de inducción se diferencia del circuito equivalente de un transformador, primera, en los efectos que tiene la frecuencia variable del rotor sobre la tensión Er y las impedancias Rr y jXr., del mismo.

Motor trifásico

Principio de Funcionamiento

En definitiva, estos dispositivos entregan voltaje y frecuencia variable conforme a la necesidad del motor y la carga a él conectada. Para tal efecto, toma la alimentación eléctrica de la red, la cual tiene voltaje y frecuencia fija, la transforma en un voltaje continuo (Rectificador más Filtro) y luego lo transforma en voltaje alterno trifásico de magnitud y frecuencia variable por medio de un Inversor. Contando sólo con esta última etapa (Inversor), es posible también alimentar estos motores a partir de un suministro de corriente continua (por ejemplo baterías). También se puede contar con un rectificador monofásico de modo de poder alimentar un motor trifásico a partir de una fuente de alimentación monofásica.

La forma de onda del voltaje de salida en estricto rigor no es una sinusoide perfecta, toda vez que entregan una señal de pulso modulada a partir de una frecuencia de conmutación alta. En todo caso con los equipos actuales, donde podemos encontrar frecuencias de conmutación del orden de los 50 KHz, los contenidos de armónica son bastante bajos, por lo que agregando filtros pasivos cumplen las exigencias normativas impuestas por muchos países.

La relación frecuencia-voltaje es configurada por el usuario según la aplicación, siendo las más usuales una relación lineal, la cual produce un torque constante en todo el rango de velocidad, o una relación cuadrática, la que el torque disminuye a medida que baja la velocidad.

En definitiva, conforme a la consigna de frecuencia que se le otorgue al equipo, la que puede ser un comando en el mismo equipo o una señal externa, se entregará al motor un voltaje de magnitud según la relación V/F configurada y de frecuencia conforme a la consigna. Esto hará que el motor gire a una velocidad proporcional a la frecuencia.

Funciones adicionales

Los equipos que se fabrican en la actualidad incorporan varias funciones adicionales, como las protecciones al motor y funciones de control para distintas aplicaciones, como controles PID y controles lógicos y secuenciales. Para permitir estas funciones, encontraremos en estos dispositivos una gran cantidad de terminales de control para conectar entradas y salidas digitales y análogas, puertas de comunicación de datos y una gran cantidad de parámetros de configuración.