MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Introduccin

Se disean dos tipos bsicos de motores para funcionar con corriente alterna polifsica: los motores sncronos.- es en esencia un alternador trifsico que funciona a la inversa. los motores de induccin (asncronos).motores universales.- Los motores de bateras en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna.

Constitucin del motor de corriente alterna

Circuito magnticoLa parte fija del circuito magntico (estator) es un anillo cilndrico dechapa magnticaajustado a la carcasa que lo envuelve.

Circuitos elctricosLos dos circuitos elctricos van situados uno en las ranuras del estator (primario) y otro en las del rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante restatos; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito.

Caractersticas Constructivas de los motores de corriente alternaCarcasa.- funcin principal es la de apoyar y proteger el motor.Estator .- Constituido por un paquete laminado de chapas de acero silicio de alta calidad, con ranuras para alojar el devanado

Rotor.- Puede Ser : Bobinado.- Los devanados del rotor son similares al estator con el que est asociado. El numero de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que si tiene que ser igual es el numero de polos.

Jaula de ardilla.- Los extremos de estos conductores estn cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexin del devanado del motor con el exterior. La posicin inclinada de las ranuras mejora las propiedades de arranque y disminuyen elruido.

Cojinetes.- Pueden ser : Cojinetes de rodamientoEstos cojinetes estn normalmente constituidos por rodamiento de esferas o de rodillos cilndricos, dependiendo de la rotacin y de los esfuerzos axiales y radiales a los que son sometidos Cojinetes de deslizamientoLos cojinetes de deslizamiento pueden tener lubricacin natural (auto-lubricables) o lubricacin forzada (lubricacin externa)

Formas de arranque de motor de corriente alterna

Motores AsncronosArranque de motores asincrnicos con rotor en jaula: Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los mtodos de arranque directo o a tensin reducida

Arranque directo de motores asincrnicos con rotor en jaula: Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensin nominal a la que debe trabajar.Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las lneas de alimentacin incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se produzca una cada de tensin. Arranque a tensin reducida de motores asincrnicos con rotor en jaula: Este mtodo se utiliza para motores que no necesiten una gran fuerza de arranque. El mtodo consiste en producir en el momento del arranque una tensin menor que la nominal en los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensin se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magntico y la fuerza motriz.Entre los mtodos de arranque por tensin reducida ms utilizados podemos mencionar el de arrancador estrella-tringulo, el de autotransformador de arranque y el de arrancador electrnico.

Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por conmutacin estrella-tringulo: Finalmente digamos que el dispositivo estrella-tringulo tiene el inconveniente de que la fuerza de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar mquinas con mucho momento de inercia, en cuyo caso se utilizan los dos mtodos que se describen a continuacin. Ambos permiten conectar motores trifsicos con motor de jaula, los cuales traccionan, por ejemplo, bombas sumergibles.

Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por autotransformador de arranque: El autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-tringulo, salvo por el hecho de que la tensin reducida en el arranque se logra mediante bobinas auxiliares que permiten aumentar la tensin en forma escalonada, permitiendo un arranque suave.Su nico inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daos perjudiciales al sistema mecnico o a la mquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o rodamientos del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados en el momento del arranque.

Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por dispositivos electrnicos: Los arrancadores electrnicos son una mejor solucin que los autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en la vida til de todas las partes involucradas.Los mismos consisten bsicamente en un convertidor esttico alterna-continua-alterna o alterna-alterna, generalmente de tiristores, que permiten el arranque de motores de corriente alterna con aplicacin progresiva de tensin, con la consiguiente limitacin de corriente y par de arranque. En algunos modelos tambin se vara la frecuencia aplicada.

Arranque de motores asincrnicos con rotor bobinado

En un motor asincrnico, la velocidad a la que se produce la mxima cupla es funcin de la resistencia del circuito rotrico. En particular, la mxima fuerza de arranque se tiene cuando dicha resistencia es aproximadamente igual a la reactancia del motor.En los motores de corriente alterna con rotor bobinado, para efectuar el proceso de puesta en marcha se instala un restato de arranque conectado a los anillos rozantes del motor de manera de aumentar a voluntad la resistencia rotrica total.

Arranque de motores sincrnicosUna mquina sincrnica "pura" no tiene par de arranque. Por lo tanto, en general se fabrican de forma de que pueda desarrollar un suficiente par de induccin para el arranque por medio de jaulas auxiliares, hasta una velocidad prxima al sincronismo en la que la corriente de excitacin desarrolle un par de sincronizacin conveniente.Cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los bobinados de arranque (amortiguadores) se disponen con anillos rozantes para intercalar resistencias externas.

Arranque de un Motor Trifsico SncronoExisten cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de motor:Como un motor asncrono.Como un motor asncrono, pero sincronizado.Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque.Como un motor asncrono, usando un tipo de arrollamiento diferente: llevar unos anillos rozantes que conectarn la rueda polar del motor con el arrancador.

Frenado de un Motor Trifsico SncronoPor regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se ajusta por medio de un restato. El motor sncrono, cuando alcance el par crtico, se detendr, no siendo esta la forma ms ortodoxa de hacerlo. El par crtico se alcanza cuando la carga asignada al motor supera al par del motor. Esto provoca un sobrecalentamiento que puede daar el motor. La mejor forma de hacerlo, es ir variando la carga hasta que la intensidad absorbida de la red sea la menor posible, y entonces desconectar el motor.Otra forma de hacerlo, y la ms habitual, es regulando el restato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el motor sin ningn riesgo.

Formas de conexin de bobinado de un motor de corriente alternaLa placa de caractersticas de un motor trifsico da el valor mximo de la tensin a que se puede conectar el motor a la red elctrica. Estrella.- Un motor conectado en estrella soporta la tensin ms alta que indica la placa, en tanto que en Tringulo.- la tensin mxima a que se puede conectar es la ms baja indicada en dicha placa de caractersticas. Con las corrientes absorbidas ocurre justo lo contrario, correspondiendo la corriente ms alta a la conexin tringulo. Para cambiar el sentido de giro de un motor basta con intercambiar dos de las fases de alimentacin

Estrella trianguloLa conexin en estrella y tringulo en un circuito para unmotor trifasico, se emplea para lograr un rendimiento ptimo en el arranque de un motor. Caso practico los motores que poseen mucha carga mecnica, como el ejemplo anterior, les cuesta comenzar a girar y terminar de desarrollar su velocidad final. Para ello, se cuenta con la conexin estrella-tringulo o estrella-delta.Segn la figura enconexin estrella sobre una red de 230(V) cada devanado soporta 127 (V), con lo cual el estator genera un campo giratorio de menos induccin, el motor esdbil y la curva de par presenta valores ms bajos a la misma velocidad. Se puede demostrar que elpar de arranquesereduce un tercio. Respecto a lacorriente de arranqueesta tambin sereduce un tercio; recuerda uno de los dogmas del trifsico que estudiaste: tres impedancias en tringulo consumen el triple de corriente de lnea que en estrella, a la misma tensin de red.La tensin de la red es la misma se arranque el motor en estrella-tringulo o directamente en tringulo, con lo que en estrella la IAes tres veces ms pequea.

Motores De Induccin (Asncrono)

Hoy en da se puede decir que ms del 80% de los motores elctricos utilizados en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad prcticamente constante. No obstante, y gracias al desarrollo de la electrnica de potencia (inversores y cicloconvertidores), en los ltimos aos est aumentando considerablemente la utilizacin de este tipo de motores a velocidad variable.

La diferencia del motor asncrono con el resto de los motores elctricos radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor). La corriente que circula por el devanado del rotor se debe a la fuerza electromotriz inducida en l por el campo giratorio

Conceptos bsicos de los motores de induccin

La velocidad de rotacin del campo magntico

El voltaje inducido

Donde es la frecuencia del sistema, en Hz, y es el nmero de par de polos en la mquina. Estando as la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm).

v: Velocidad de la barraen relacin con el campo magnticoB: Vector de densidad de flujo magnticol: Longitud del conductor en el campo magnticox: representa la operacin "producto vectorial"Como funciona un motor asncrono

El motor asincrnico funciona segn el principio de induccin mutua de Faraday. Al aplicar corriente alterna trifsica a las bobinas inductoras, se produce un campo magntico giratorio, conocido como campo rotante, cuya frecuencia ser igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor.

Caractersticas industriales de los motores asncronos

Elmotor arranca como unmotorde repulsin sobre su caracterstica de repulsin produciendo un par de alrededor de tres acuarto veces el par nominal al acelerar el rotor la frecuencia del rotor y la reactancia del devanado jaula de bajaresistenciadisminuye y por el circula ms corriente para una determinada carga del rotor VentajasElevado par de arranque.Regulacin de velocidad.Capacidad de desarrollar par bajo la aplicacin de bruscas yfuertescargas de inestabilidad.

Campos de aplicacin de los motores asncronos

Tipo 1: La mayora de las aplicaciones: bombas centrfugas, ventiladores, compresores sin carga. - Tipo 2: Mquinas herramienta: tornos, sierras, fresadoras, etc... - Tipo 3: Compresores, bombas oscilantes, transportadores cargados. - Tipo 4: Prensas punzadoras de alta velocidad. - Tipo 5: Prensas de estirado, plegadoras. - Tipo 6: Gras, elevadores. - Tipo 7: Extractores.

Motor Sncrono

Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuenciade la tensin de la red elctrica a la que est conectada y por el nmero de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".Dentro de la familia de los motores sncronos debemos distinguir:- Los motores sncronos.- Los motores asncronos sincronizados.- Los motores de imn permanente.

Conceptos bsicos de los motores de asncronosVelocidad de sincronismo

Donde:f: Frecuencia de la red a la que est conectada la mquina (Hz)P: Nmero de pares de polos que tiene la mquinap: Nmero de polos que tiene la mquinan: Velocidad de sincronismo de la mquina (rpm)

Tipos de motores sncronos

Motores sincrnicos para atmsferas explosivasSe fabrican con caractersticas de seguridad especficas, aptos para operar en locales donde productos inflamables son continuamente manipulados, procesados o almacenados. Son suministrados con tipos de proteccin Ex-n (no encendible) y Ex-p (presurizado)Velocidad fijaLas aplicaciones de motores sincrnicos con velocidad fija se justifican por los bajos costos operacionales, una vez que presentan un alto rendimiento y pueden ser utilizados como compensadores sincrnicos para correccin del factor de potencia.Velocidad variableAplicaciones de alto torque con baja rotacin y un largo rango de ajuste de velocidad.. Debido al mayor rendimiento, menor tamao y mayor capacidad de potencia, pueden substituir motores de corriente continua en aplicaciones de alta performance.

Caractersticas principales de los motores sncronos

Correccin del factor de potenciaLos motores sincrnicos pueden ayudar a reducir los costos de energa elctrica y mejorar el rendimiento del sistema de energa, corrigiendo el factor de potencia en la red elctrica donde estn instalados. En pocos aos, el ahorro de energa elctrica puede igualarse al valor invertido en el motor.Velocidad constanteLos motores sincrnicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecarga como durante momentos de oscilaciones de tensin, respetndose los lmites del conjugado mximo Alto rendimientoEn la conversin de energa elctrica en mecnica es ms eficiente, generando mayor ahorro de energa. Los motores sincrnicos son proyectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energa para una gran variedad de cargas.Alta capacidad de torqueLos motores sincrnicos son proyectados con altos torques en rgimen, manteniendo la velocidad constante, incluso en aplicaciones con grandes variaciones de carga.Mayor estabilidad en la utilizacin con convertidores de frecuenciaPuede actuar en un amplio rango de velocidad, manteniendo la estabilidad independiente de la variacin de carga (ej. laminadoras, extrusoras de plstico, etc.).

Aplicaciones

Los motores sincrnicos son fabricados especficamente para atender las necesidades de cada aplicacin. Minera (moledoras, molinos, cintas transportadoras y otros)Siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas y compresores) Papel y celulosa (extrusoras, picadoras, desfibradoras, compresores y refinadoras) Saneamiento (bombas) Qumica y petroqumica (compresores, ventiladores, extractores y bombas)Cemento (moledoras, molinos y cintas transportadoras) Goma (extrusoras, molinos y mezcladoras)Motores universales

Los motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. El circuito elctrico es muy simple, tiene solamente una va para el paso de la corriente, porque el circuito est conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando est en reposo, o sea, tiene un par de arranque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no est construido para uso continuo o permanente.Se utiliza en sierra elctrica, taladro, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas dbiles o pequeas fuerzas.36EnsayosAntes de lanzar los modelos de motores al mercado se comprueban sus caractersticas, con el fin de incluirlas tras su comprobacin emprica en la hoja de especificaciones del motor. Los motores son ensayados de acuerdo con las normas NBR, IEC, NEMA, IEEE y API Se realizan en modernos laboratorios capacitados para testear motores de media y alta tensin con potencia de hasta 20.000 kVA y tensiones hasta 15.000 V, con monitoreo totalmente informatizado y control de alta precisin.

a) Ensayos normales para todos los motores: - Medida de resistencia en continua de las fases del estator. - Medida de la resistencia en continua de las fases del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Rigidez dielctrica del devanado del estator. - Rigidez dielctrica del devanado del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Chequeo de la secuencia de fases en la caja de bornes de la mquina. - Nivel de aislamiento devanado estator. - Nivel de aislamiento devanado rotor (para el caso de rotor bobinado).

b) Ensayos adicionales para motores tipo: - Ensayo de calentamiento. - Rendimiento por suma de prdidas. - Curva caracterstica de cortocircuito a tensin reducida. - Curva caracterstica de vaco. c) Ensayos especiales bajo pedido: - Medida del par durante el arranque. - Medida de ruidos. - Medida de vibraciones. - Medida del factor de prdidas del aislamiento de los devanados. - Otros.

Datos de motores industrialmente disponibles

los fabricantes indican los siguientes datos: - Tipo y tamao constructivo. - Clase de proteccin. - Potencia. - Tensin. - Valores nominales de otras magnitudes caractersticas. - Relacin par de arranque/par nominal e intensidad de arranque/intensidad nominal. Otros datos adicionales, en su caso (por ejemplo: peso, momento de inercia, clase de aislamiento, etc.). En los motores de rotor bobinado suele darse tambin la fuerza electromagntica entre los anillos del rotor, a rotor parado y abiertoGRACIAS