Motores de Pólos de Sombra

7/31/2019 Motores de Plos de Sombra

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Motores de induccin

monofsicos asincrnicos

NDICE

Introduccin ................................................................................................. 4Tipos de motores monofsicos ( MIMA )

Motor de fase partida .................................................................................... 6Motor de funcionamiento capacitivo ........................................................... 12Motor con condensador permanente ........................................................... 15Motor capacitivos y de arranque capacitivo ............................................... 19

Principio de funcionamiento de los( MIMA ) .............................................. 21

Funcionamiento del ( MIMA ) ......................................................................

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El motor asincrnico ..................................................................................... 22

Campo magntico rotatorio en los ( MIMA ) .............................................. 23

Generalidades................................................................................................23

Teora del doble campo giratorio................................................................. 24

Teora del campo cruzado............................................................................. 24

MIMA con bobinado auxiliar e interruptor centrfugo ............................. 26

Componentes.............................................................................26

Estructura.............................................................................26

Funcionamiento.............................................................................

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MIMA con bobinado auxiliar y condensador de partida ........................... 28

Componentes .................................................................................................. 28Estructura ........................................................................................................28Funcionamiento ..............................................................................................29

MIMA con bobinado auxiliar, condensador de partida y de trabajo ........30

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Componentes .................................................................................................. 30Estructura ....................................................................................................... 30Funcionamiento .............................................................................................. 31

MIMA de repulsin ........................................................................................32MIMA universal .............................................................................................35MIMA de polos de sombra .............................................................................37Motor paso a paso ...........................................................................................41

Ensayos de mquinas a los MIMA ................................................................45Rendimiento de los MIMA .............................................................................46Curvas caractersticas de los MIMA .............................................................47Circuito equivalente del MIMA .....................................................................52Conclusin dl tema .........................................................................................55Bibliografa ......................................................................................................56

INTRODUCCIN

Este trabajo es un desarrollo explicativo del funcionamiento de los motores monofsicos de induccin, yadems estos mismos son maquinas transformadoras estticas.

Nos referimos al motor asincrnico. 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 induccin, siendo la frecuencia de lasfuerzas electromotrices inducidas proporcionalmente al resbalamiento.

Por consiguiente la eleccin de un motor de cualquier tipo para una determinada instalacin requiere elconocimiento de los conjuntos de caractersticas, las del motor y las de la instalacin, algunas necesariasporque estn impuestas, y no pueden ser elegidas arbitrariamente, otros en cambio pueden ser seleccionadasentre un conjunto de posibilidades.

Para adoptar efectivamente el motor se debe tener en cuenta, las exigencias de la instalacin donde se hautilizar, considerando que como el motor tendr ciertos limites, los cuales no debern ser superadas; por otraparte el motor con sus caractersticas propias, impondr a la instalacin ciertos requerimientos, que estadeber satisfacer y a la vez se pueden utilizar directamente.

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

Cada tipo de motor de los mencionados a continuacin posee caractersticas que lo diferencian de los demstipos, sin embargo, todos funcionan bajo los mismos principios y leyes. Y varia la forma en que estnconstruidos otorgndole as caractersticas especificas a cada una de las configuraciones adoptadas que a suvez han sido diseadas para satisfacer necesidades distintas.

El motor jaula de ardilla, como el Shunt de corriente continua, marcha a velocidad prcticamente constante.Como el rotor no puede alcanzar la velocidad de rotacin del campo magntico, debe siempre marchar concierto grado de deslizamiento. En vaci, el deslizamiento es muy pequeo. Al aplicar la carga al rotor serequiere del aumento de la densidad de la corriente que pasa por el, para desarrollar el par necesario paravencer el aumento de la carga si se introduce una resistencia al circuito del rotor de un motor de induccin, eldeslizamiento aumentara para un valor determinado del par.

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

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El flujo del motor de induccin es prcticamente constante porque lo es la FCEM. Si se agrega una resistenciaal circuito del rotor, la impedancia del rotor aumentar.

Los motores pueden ser de jaula de ardilla, o de rotor bobinado, los primeros en general se prefieren porrazones de simplicidad, solidez y costo. Sin embargo los motores de rotor bobinado poseen caractersticasdiferentes a las de un motor de rotor en jaula de ardilla que los hacen ms eficientes en determinadascondiciones de trabajo. Por lo tanto, que era la seleccin de un motor adecuado es necesario contar con lamayor cantidad de informacin sobre diferentes tipos de motores y sus caractersticas de funcionamiento y as

poder llevar a cabo la seleccin de un motor que cubra las necesidades requeridas.

MOTOR DE FASE PARTIDA

Fueron los primeros motores monofsicos usados en la industria y aun perduran. Un motor fase partida es unmotor de induccin monofsico con dos embobinados de. Estator, uno principal (M) y otro auxiliar de

arranque (A). Ambos bobinados se conectan en paralelo y la tensin de la red se aplica a ambos. Estos dosembobinados estn separados por un espacio de 90 grados elctricos a lo largo del estator, y el embobinadoauxiliar est diseado para desconectarse del circuito a una determinada velocidad mediante un interruptorcentrifugo; Adems, este embobinado est diseado para tener un cociente resistencia / reactancia mayor queel embobinado principal, de tal manera que la corriente del embobinado auxiliar adelante la corriente en elembobinado principal. Generalmente esta mayor relacin R / X se logra al utilizar alambre de menor dimetropara el embobinado auxiliar. Se permite este tipo de alambre all porque se usa slo para el arranque y portanto no tiene que tomar continuamente corriente plena.

Puesto que la corriente del embobinado auxiliar adelante la corriente del embobinado principal, el campomagntico Ba alcanza su punto mximo antes que el campo magntico principal Bm. Como Ba alcanzaprimero su punto mximo luego Bm, hay una rotacin neta en el campo magntico, con direccin contraria alavance de las agujas del reloj. En otras palabras, el embobinado auxiliar hace que uno de los camposmagnticos del estator con rotacin contraria sea mayor que el otro y suministre un momento de arranque netoal motor.

La diferencia de fase es ms pequea de 90, que es la ideal, la inductancia de la bobina de arranque esbastante pequea, as que durante el arranque existe un gran flujo de corriente tpicamente de siete o diezveces la corriente acumulada. Una gran parte de esta energa se consume en la bobina de arranque, as quepara eliminar el peligro de sobrecalentamiento es necesario desconectar la parte de arranque tan pronto comoel motor es acelerado lo suficiente, casi siempre al segundo mas o menos del arranque. Esto se hacenormalmente por un interruptor de centrifugado montado en la cubierta y que se opera mediante un muelle de

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carga situado en el rotor.

El resultado se esquematiza en la curva momento / velocidad que muestra la figura 1 A. Los puntosdiscontinuos pertenecen a los puntos de desconexin del arranque debido a la fuerza centrifuga. Ladiscontinuidad situada en la parte derecha es donde actuara en un arranque normal la fuerza centrifuga. Ladiscontinuidad situada a la izquierda es donde el interruptor se volvera a cerrar s el motor esta sobre forzado;esto nunca debe permitirse en un uso habitual ya que la energa disipada en el embobinado puede llegar a serunas cincuenta veces la normal y se puede sobrecalentar en segundos.

Fig. 1A Curva momento / velocidad de un motor monofsico con embobinados de arranque

Fig. 2B Puesto que Ia alcanza su punto mximo antes que Im hay una rotacin neta de los camposmagnticos, con direccin contraria al avance de las agujas del reloj. En C) aparece la caracterstica momentode torsin velocidad resultante.

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En la figura aparece un diagrama en corte de un motor de fase partida. All se observa fcilmente losembobinados principal y auxiliares (estos ltimos, con alambres de menor dimetro) y el interruptorcentrifugo que saca del circuito los embobinados auxiliares cuando el motor se aproxima a la velocidad defuncionamiento (7880% de su velocidad).

Seccin de un motor de fase partida, donde se observan los embobinados principal y auxiliares y el interruptorcentrifugo.

Si el interruptor centrfugo se encuentra abierto en el momento del arranque la corriente del bobinado detrabajo 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 deardilla) es prcticamente 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, comoventiladores, secadores y bombas centrifugas; Se fabrican en potencias de 1/30 (25 W) a HP (373 W).

En un motor de fase partida, la corriente de los embobinados auxiliares siempre alcanza su punto mximoantes que la del embobinado principal, y por tanto el campo magntico del embobinado auxiliar siempre llegaa ese punto antes que el campo magntico del embobinado principal. La direccin de rotacin del motor estdeterminada por el hecho de que el ngulo del campo magntico del embobinado auxiliar est 90 adelante o90atrs del ngulo del embobinado principal. Puesto que ese ngulo puede cambiarse de la posicin de 90adelante a la 90 atrs solo con la manipulacin de las conexiones del embobinado auxiliar, la direccin derotacin del motor puede invertirse mediante la manipulacin de las conexiones del embobinado auxiliar sincambiar las conexiones del embobinado principal.

El momento producido es tpicamente de media a dos veces el momento normal, el cual tiene un amplio rangopara pequeas maquinas, por ejemplo, prensas, tornos, trituradores.

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

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

Figura A Muestra un motor de induccin de fase partidas

Figura B Muestra las corrientes del motor en condiciones de arranque

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

Los devanados de arranque y principal estn desfasados en 90 aproximadamente

MOTOR DE FUNCIONAMIENTO CAPACITIVO

Algunas veces tambin son denominados motores capacitivos de divisin de fase permanente, stosconstituyen la extensin lgica de los motores de encendido capacitivo, pero donde el condensadorpermanece en funcionamiento durante todo el tiempo. Esto elimina el interruptor de centrifugado, perointroduce nuevos problemas que limitan el uso de estos motores a unas pocas aplicaciones muyespecializados.

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Figura A muestra el motor de induccin con condensador partida permanente

Figura B caracterstica momento de torsin velocidad de este motor

El problema est dado por el cambio en la impedancia de la bobina, cuando en el motor se acelera el rotordesde una posicin de paro, hasta la velocidad de funcionamiento final. Cuando el rotor est parado, losconductores que lo componen se acoplan en un corto giro al embobinado de arranque, y esto resulta unaimpedancia 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 ms veces superior. El valor ptimo del condensadorcambia segn su finalidad, as que se debe escoger de forma que se adecu a un buen arranque o a unfuncionamiento optimo, pero no de ambos.

La figura muestra el motor de C.A monofsico con capacitor permanente, no requiere switch centrifugo. Yaque elcapacitor nunca se mueve del circuito.

El segundo problema deriva del condensador en s mismo. Los condensadores electrnicos utilizados comocondensadores de arranque en los motores no son aptos para un uso continuo y es necesario que el uso decondensadores diseados para tal fin en C.A.

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Estos condensadores utilizan usualmente como material electroltico polipropileno o papel impregnado deaceite y son de mayor tamao y coste que sus equivalentes electrnicos.

Debido a que estos motores son optimizados al mximo para su uso con una impedancia alta (es decir, msvueltas) la fase del condensador reduce la capacidad total necesaria. Cuando el motor alcanza su velocidadoptima trabaja como un verdadero motor bifsico, siendo ms silencioso y produciendo menos vibracionesque la mayora de los motores monofsicos.

Como contrapartida, estos motores tienen un pobre momento de arranque, pocas veces mayor que el momentototal y la mayor parte de ellos una quinta parte del momento total. Incluso para la operacin de arranque esnecesario el uso del diseo de rotores con una resistencia muy alta que resultan en frecuencias dedeslizamiento muy altas de forma que la velocidad del eje alcanza slo el 90% de la sincronizacin en vez del95% alcanzando con un rotor normal de baja resistencia.

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

MOTOR CON CONDENSADOR PERMANENTE

Se ha desarrollado un motor monofsico que funciona con los devanados permanentes. Los dosdevanados tienen la misma seccin y tiene el mismo numero de espiras, es decir los dos devanados sonidnticos. Este motor no tiene centrifugo el motor arranca y funciona por la particin de fase encuadratura producido por dos devanados idnticos desfasados, este motor tiene un par de arranquebajo, en el momento de arranque la corriente en la rama capacitiva es pequea y el par de arranque esalrededor del 50% del par nominal.

Debido al campo magntico giratorio producido por devanados iguales cuyas corrientes desfasan encasi 90 el par de funcionamiento es uniforme y el motor no presenta zumbidos al igual que otrosmotores monofsicos. El valor del condensador se elige de forma que las corrientes de marcha en ambosdevanados son iguales y desfasados en 90. El conmutador puede cambiar de posicin con cierto tiempopor lo tanto, los devanados funcionan independientes y mediante el condensador en serie.

Motor de arranque capacitivo

Estos se diferencian de los motores de divisin de fases en el hecho de que las bobinas de encendidotienen ms vueltas (frecuentemente ms que el embobinado principal) y se alimenta mediantecondensadores en serie. El resultado de complicar mnimamente 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 estatrasada respecto a la fase de la tensin suministrada, escogiendo de forma correcta la bobina y elcondensador, 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 ms baja y momento inicial

mayor que su equivalente motor de divisin de fase. En la figura 3 C se muestra una curva momento /velocidad tpica de estos motores.

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La figura 3 C muestra el porcentaje de velocidad d sincronizacin

El momento inicial es ahora dos o tres veces mayor que el momento total con una corriente inicial cuyosvalores estn comprendidos entre cuatro y seis veces la corriente normal. Para conseguir estefuncionamiento se necesitan valores altos de la capacidad, usualmente unos 50HZ o ms por caballo depotencia a 240V 50 HZ y s6bre unas cuatro veces superior para 115V 60HZ. El nico tipo decondensador que puede proveer esta capacidad s dicho tensin con un tamao y coste aceptable es elcondensador electrnico. Este es una variedad de condensadores donde la carga se almacena en capasen forma de nodos aislados, extremadamente finas y formadas electrnicamente por aluminio puro.Un electrodo del condensador est formado por la capa de aluminio, el otro es un liquido conductor queest en contacto con la pelcula en forma de nodo. Esto nos da la gran capacidad necesaria en unvolumen muy pequeo, pero desafortunadamente producen pequeas aunque significantes prdidas,que incrementan de forma muy espectacular la temperatura interna cuando circulan corrientesalternas muy altas. Esto no es de gran importancia cuando se utiliza nicamente como motor dearranque (en la mayor parte de los motores si se les da un mal uso, se quemara primero el embobinadode arranque que el condensador), pero no se utilizan en un circuito de uso permanente.

La figura A Muestra el motor de induccin con arranque por condensador

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

El motor de encendido capacitivo monofsico es el ms adecuado para utensilios domsticos. Tiene un granmomento inicial, tolera frecuentes paradas y puestas en marcha y es tan slo un poco ms caro que el de

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motor de divisin de fase. Es fcil de reconocer debido al pequeo saliente situado en la carcasa y que aloja elcondensador cilndrico para el arranque.

La figura A Muestra el motor de induccin 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 prontocomo el motor alcanza una velocidad ptima, cambia a un valor ms pequeo que se adapta mejor a lascondiciones de funcionamiento permanente, esto combina el buen encendido que ofrece un motor de arranquecapacitivo con el funcionamiento sin vibraciones de un motor de funcionamiento capacitivo. Este tipo demotor es de uso poco frecuentes y se utilizan para motores monofsicos de gran tamao donde el uso sinvibraciones y un incremento en el factor de potencia son realmente factores considerables.

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

La figura B Muestra la caracterstica momento de torsin velocidad de este motor

Un motor de funcionamiento capacitivo como un motor trifsico, pero con un pobre momento inicial.Su sentido de giro se puede cambiar s se intercambiando las conexiones en el embobinado principal, noimporta cual de ellas.

Tanto los motores de divisin de fase como los de arranque capacitivo pueden cambiar de sentido degiro intercambiando las conexiones en el embobinado de arranque, o intercambiando las conexiones dela bobina principal. Sin embargo, esto es factible slo cuando se realiza en el reposo, una vez el motorha 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 ningn efecto en el sentido de girodel 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

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Funcionamiento del mima

El campo del motor asincrnico, se produce por induccin desde el estator y el flujo del rotorpermanece normal mientras se aplique tensin al estator desde una fuente exterior. Si esta es eliminadabruscamente, como en el caso de que se produzca un cortocircuito en el sistema, el flujo en el rotor nopuede variar instantneamente. Teniendo en cuenta esto y que el motor se mantiene en movimiento porinercia, se deduce que en los arrollamientos del estator se generar una tensin que har circular unacorriente 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 quemantenga el flujo, como en el caso de las mquinas sincrnicas. Sin embargo el flujo magntico semantiene el tiempo suficiente como para producir corriente de cortocircuito de magnitud tal quepuedan llegar a efectuar al rgimen de trabajo instantneo en los interruptores y el rgimen de trabajode interrupcin en dispositivos que abren dentro de uno o dos ciclos despus de producido elcortocircuito. El valor de la corriente de cortocircuito producida por los motores de induccin dependede su potencia, de su tensin de rgimen nominal, de la reactancia del motor y de la reactancia deltramo de lneas hasta el punto de cortocircuito. La impedancia que tiene ralamente la mquina en elinstante del cortocircuito, es prcticamente igual a la impedancia de la mquina parada. Porconsiguiente, el valor inicial simtrico de la corriente de cortocircuito, es aproximadamente igual a la

corriente de arranque que tendra el motor si se aplicara directamente a sus bornes la tensin nominal.

El motor de induccin monofsico tipo jaula de ardilla asincrnico, se puede representar por lossiguientes dibujos dependiendo de su fabricacin.

MOTOR ASINCRNICO

Evidentemente no tiene hacer girar a los polos exteriores con la intencin de hacer girar a un motor y alexterior explicacin ha sido una nueva aproximacin.

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

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

Ntese adems que los cuatro polos pueden formarse de acuerdo a la figura a) o de acuerdo a b). Elsegundo caso ser ms comn que el primero.

La variacin del sentido y la magnitud de tensin aplicada a las bobinas de los polos (aplicada al

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estator), originan una variacin de flujo que a su vez origina la operacin de corriente inducidas en elmotor. La variacin de flujo tendr una frecuencia (fs) y el girara a una velocidad con una frecuencia(f) cercana, pero no igual a Fs. Si se carga el motor obligndolo a realizar algn trabajo, la velocidaddel motor disminuir, aumentara la corriente en el motor adems aumentara la corriente en elbobinado de la parte fija o estator. Es raro que las barras de la jaula se malogren por el exceso decorriente, siendo ms comn que el bobinado del estator sea el que hay que reparar o rebobinar cuandoel motor se queme

CAMPO MAGNETICO ROTATORIO EN LOS MIMA

Generalidades

Los motores monofsicos asncronos o tambin llamados motores monofsicos de induccin son lasmaquinas de impulsin elctrica mas utilizadas por su sencillez, seguridad y costo. En general en todolas dependencias industriales se necesitan pequeos motores que funcionen mediante alimentacinmonofsica pra los diversos aparatos elctricos.

La denominacin motor pequeo se aplica a motores de potencia inferior a un caballo de fuerza, esdecir, menor a un HP. Tambin llamado motor de potencia fraccional y casi la totalidad de los motores

monofsicos 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 10HP

El motor monofsico de induccin es netamente inferior al motor de induccin trifsico. Para igualespesos, su potencia bordea solo el 60% de la del motor de induccin trifsico; tiene un factor de potenciams bajo y menor rendimiento.

Estos motores tambin presentan una gran desventaja: puesto que hay una sola fase en el bobinado delestator, el campo magntico de este motor no gira; en cambio, pulsa, al principio con gran intensidadque va disminuyendo luego, pero permaneciendo en la misma direccin. Como no hay campomagntico giratorio en el estator, un motor de induccin no tiene momento de arranque.

El hecho que los motores de induccin monofsico no tenga momento de arranque intrnseco constituyun grave problema para el desarrollo inicial del motor de induccin. Los primeros sistemas disponiblescon potencia de corriente alterna eran monofsicos de 133 HZ. Que con los materiales y tcnicas delmomento era prcticamente imposible construir un motor que funcionara de buena manera.

Sin embargo, una vez que comienza a girar el rotor se producir en este un momento inducido. Existendos teoras bsicas que explican por que se produce momento en el rotor cuando este comienza a girar.La teora del doble campo giratorio de los motores de induccin monofsicos y la teora de campocruzado de dicho motores. Ambas explicadas a continuacin.

TEORA DEL DOBLE CAMPO GIRATORIO

Bsicamente, esta teora sostiene que un campo magntico pulsante y estacionario puededescomponerse en dos campos magnticos giratorios de igual magnitud pero que giran en direccionesopuestas. El motor responde separadamente a cada campo magntico, y el momento neto de la maquinaser la suma de los momentos correspondientes a cada uno de los dos campos magnticos.

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

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Por otra parte, en un motor monofsico los campos magnticos tanto de avance como de inversin estnpresentes y ambos son producidos por la misma corriente.

TEORA DEL CAMPO CRUZADO

Esta teora considera el motor de induccin desde un punto de vista totalmente diferente, y se ocupa delas tensiones y corrientes que el campo magntico estacionario del estator puede inducir en las barrasdel 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 delrotor la corriente atrasa a la tensin en cerca de 90. Como el rotor esta girando casi a la velocidadsincrnica, este retardo de tiempo de 90 en la corriente produce una desviacin angular de casi 90entr el plano de la tensin mxima del rotor y el plano de la corriente mxima.

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

El estator de este tipo de motores es fsicamente el mismo que el de una maquina sincrnica, es decir, unestator tpico de dos polos. Pero la construccin del rotor constituye la diferencia fundamental entre un

motor de induccin trifsico y un motor de induccin monofsico. No existe conexin fsica entre elrotor y el estator, ya que se encuentran separadas uniformemente (entrehierro).

Las ranuras del estator estn distribuidas uniformemente, y, en general, se utiliza un devanado divididoimbricado de doble capa monofsico. Ya que un devanado monofsico simple no producira campomagntico giratorio ni par de arranque. Lo que explican las teoras antes mencionadas.

Obtencin del campo giratorio con corriente alterna

Grafica de las intensidades de las corrientes en las bobinas

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Campos magnticos para los instantes t1 a t5Campos magnticos para los instantes t1 a t5 despus de intercambiar los terminales

MIMA CON BOBINADO AUXILIAR E INTERRUPTOR

CENTRIFUGO

Componentes

Los motores monofsicos estn constituidos principalmente como ha sido explicado al comienzo de estetrabajo. Y varan algunos de sus componentes dependiendo de los diferentes diseos y sistemas questos utilicen.

Un motor de fase partida esta compuesto por dos bobinados de estator, el bobinado principal y elauxiliar (o de arranque). Los cuales estn separados por un espacio de 90 elctricos. El bobinadoauxiliar esta construido con alambre de menor dimetro que el bobinado principal, con la finalidad deque este posea un mayor cociente resistencia / reactancia de manera tal que la corriente de ste adelantea la del bobinado principal.

Se utiliza este tipo de alambre ya que este bobinado solo acta en el arranque del motor y por lo tantono tiene que tomar continuamente corriente plena.

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

Estructura

Como los motores monofsicos de induccin no arrancan por si solos se disponen medios auxiliarespara obtener un par suficiente. Uno de los sistemas consiste en dividir la fase por medio de lacombinacin de la autoinduccin, la resistencia y la capacidad.

En los motores de induccin monofsicos con devanado auxiliar, los devanados estatricos se componende dos devanados desplazados en 90 uno de otro: el devanado principal (de marcha) y el auxiliar(arranque). Los cuales estn conectados en serie entre s.

Existen diversos tipos de motores monofsicos con devanado auxiliar, que se diferencian segn la formade obtencin del desfase entre las corrientes de los dos devanados. El devanado de auxiliar tiene menosespiras y esta construido con un conductor de menor seccin que el devanado principal. El devanadoauxiliar, por consiguiente, presentara una resistencia elevada y una reactancia reducida. Inversamente,el devanado principal (conductor de mayor seccin y mayor numero de espiras) presentara unaresistencia reducida y una reactancia elevada.

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

Funcionamiento

La corriente en el devanado auxiliar se encuentra retrazada aproximadamente en 15 respecto de latensin de alimentacin. En tanto que la corriente del devanado principal, que es mayor, esta retrazada

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en unos 40 respecto de la tensin monofsica. A pesar del hecho que la corriente en los dos devanadosen cuadratura en el espacio no es igual, an cuando las componentes en cuadratura son prcticamenteiguales.

Si los devanados estn desplazados en 90 en el espacio y si las componentes en cuadratura de lacorriente, que estn desfasadas en 90, son prcticamente iguales, se produce entonces un campogiratorio bifsico equivalente en el arranque que desarrolla el par suficiente para acelerar el rotor en elsentido del campo giratorio producido por las corrientes.

Cuando el rotor acelera genera su propia Fem. De rotacin (teora del campo transversal) y tiende aproducir un par resultante en virtud de su propia rotacin en un sentido particular (teora del campogiratorio). 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 producira menos perdida ya que se eliminaran lasperdidas del devanado auxiliar. Por estas dos razones se utiliza un interruptor centrfugo (normalmentecerrado en reposo) que se accione a un deslizamiento de alrededor de un 25% (par mximo como motormonofsico), con lo que el motor alcanza su deslizamiento nominal (aproximadamente el 5% o menossegn la carga aplicada) como motor monofsico en virtud de su propio campo transversal.

Las caractersticas nominales de un motor del devanado auxiliar se basan en razn de su serviciointermitente. Si el interruptor centrifugo se descompone y no abre (por lo general debido a contactossoldados), la temperatura presente en el devanado auxiliar es alta, debido a la alta resistencia quepresenta ste. Al averiarse el interruptor centrifugo la temperatura aumentara excesivamente en elestator pudiendo provocar su avera por sobrecalentamiento.

MIMA CON BOBINADO AUXILIAR Y CONDENSADOR DE PARTIDA

Componentes

Conjunto rotor interruptor de arranque giratorioconjunto estatortapas de rodamientos o cojinetescondensador de arranquecubierta del condensadorventiladorinterruptor estacionariobloque de terminalescubierta 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 estn desfasadosprcticamente en 90, de modo que el motor queda convertido en bifsico. El par de arranque es, pues,considerablemente mayor que en el motor corriente de fase partida, de idnticas caractersticas. Hastahace un tiempo, el alto costo de los condensadores impeda su uso en arranque de motores; su bajocosto actual permite emplearlos en motores de potencia fraccional.

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

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Funcionamiento

Mediante la adecuada eleccin del tamao del condensador, la fuerza magnetomotriz de la corriente dearranque del bobinado auxiliar puede ajustarse para que sea igual a la fuerza magnetomotriz de lacorriente del bobinado principal, y puede lograrse que el ngulo de fase de la corriente del bobinadoauxiliar adelante la corriente del bobinado principal a 90. Ya que los dos bobinados estn separadosfsicamente en 90, una diferencia de fase de 90 en la corriente producir un solo campo magntico deestator de rotacin uniforme, y el motor se comportara como si arrancara mediante una fuente de

potencia trifsica. 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. Elcomportamiento de rgimen del motor depender de la capacidad de dicho condensador: cuanto mayorsea la capacidad mayor ser tambin el par de arranque.

No obstante, si la capacidad es muy grande circular por el devanado una corriente de gran intensidadque provocar un calentamiento excesivo. Por tanto, la capacidad no deber ser demasiado grande. Serecomienda que durante el funcionamiento el condensador de rgimen deber absorber una potenciareactiva de 1 Kva. Por cada Kw. de potencia de motor. Sin embargo, esto provocar por lado, que el

motor presenta un par de arranque reducido.

La conexin en serie del condensador de rgimen y del devanado de lugar a un circuito resonante serie.Por lo tanto, el condensador quedar sometido a tensiones mayores que las nominales del motor,tensiones que deber poder soportar el condensador de rgimen.

Los motores de arranque por condensador son ms costosos que los de fase partida, y se utiliza enequipos donde es absolutamente necesario un alto momento de torsin de arranque. Estos motorestienen aplicacin habitual en compresores, bombas, acondicionadores de aire, y otros equipos quedeben arrancar bajo carga.

MIMA CON BOBINADO AUXILIAR, CONDENSADOR DE PARTIDA Y DE TRABAJO

Componentes

Los componentes de este tipo de motor solo varan de los del motor de fase partida con bobinadoauxiliar y condensador de arranque, en que este motor posee adems un condensador de menor valorque permanece conectado al bobinado auxiliar despus del arranque, y no posee interruptor dearranque estacionario.

Estructura

El condensador de arranque hace tan buen trabajo de mejoramiento de la caractersticas momento

torsin velocidad de un motor de induccin, que a veces se deja permanentemente en el circuito delmotor un bobinado auxiliar con un condensador ms pequeo. Si se escoge correctamente el valor decondensador, tal motor tendr un campo magntico giratorio perfectamente uniforme a cierta cargaespecifica, y en ese punto se comportara como un motor de induccin trifsico.

Los motores de condensador partida permanente son ms sencillos que los de arranque porcondensador, ya que no necesitan interruptores de arranque. A cargas normales, son ms eficientes ytiene mayor factor de potencia y un momento de torsin mas uniforme que los motores de induccinmonofsicos comunes.

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Una desventaja en este tipo de motores es que poseen un menor momento de arranque que los motoresde arranque por condensador, ya que al condensador debe tener un valor adecuado para equilibrar lascorrientes de los bobinados auxiliares y principal en condiciones normales de carga. Puesto que lacorriente de arranque es mucho mayor que la de carga normal, un condensador adecuado ayudamucho 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 tambin

motores con condensadores de arranque y condensador de giro, o motores con condensador de dosvalores.

Funcionamiento

Debido a que ste motor continuamente como un motor de fase partida permanente, no se precisainterruptor centrifugo. El motor arranca y funciona gracias a la particin de fase de cuadraturaproducida por dos devanados idnticos desfasados temporal y especialmente. Como resultado, estemotor no posee el elevado par de marcha producido tanto en el motor de arranque por resistencias,como de arranque por condensador. Adems, el condensador utilizado en el motor de fase partidapermanente con condensador de un solo valor se proyecte para servicio continuo y es del tipio de aceite.

El valor del condensador se determina en funcin de una marcha ptima en lugar de por sucaracterstica de arranque. En el momento del arranque, la corriente en la rama capacitiva es muypequea. El resultado es que el motor de fase partida permanente con condensador de un solo valor (adiferencia del motor de arranque por condensador) tiene un par de arranque muy pobre, de alrededordel 50% al 100% del par nominal.

MIMA DE REPULSIN

Clasificacin: de un modo general estos motores pueden ser clasificados en tres distintos tipos: 1,motores de repulsin como tal; 2, motores de repulsin solo en arranque; 3, motores de repulsin einduccin. En razn de su caracterstica comn se les conoce tambin con el nombre de motoresmonofsicos de rotor bobinado, y estn definidos en los siguientes trminos.

Motor de repulsin

Es un motor monofsico provisto de un arroyamiento estatrico destinado s ser conectado a una red dealimentacin, y de un arroyamiento rotrico unido a un colector. Las escobillas que frotan sobre elcolector estn unidas en cortocircuito y dispuestas de manera que el eje del campo magntico creadopor el arrollamiento est inclinado respecto al eje del campo magntico estatrico. Este tipo de motorestiene una caracterstica de velocidad muy variable con la carga.

Motor de repulsin slo en el arranque

Es el motor monofsico provisto de los mismos arrollamientos que uno de repulsin, en el cual, alalcanzarse una velocidad predeterminada, el arrollamiento rotrico queda puesto en cortocircuito obien conectado en forma de resultante equivalente a uno en jaula de ardilla. Este tipo arranca comomotor de repulsin, pero una vez en rgimen de servicio funciona como motor de induccin, es decir,con una caracterstica de velocidad casi constante.

Motor de induccin e induccin

Es un motor monofsico cuyo rotor lleva, adems del arrollamiento propio de un motor de repulsin,otro de jaula de ardilla. Este tipo funciona simultneamente como motor de repulsin y como motor de

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induccin, y su caracterstica de velocidad puede ser variable o constante.

La nica caracterstica que comparten en comn es la presencia de un devanado retrico unido a uncolector. Estos motores se alimentan con corriente monofsica procedente de una red de iluminacin ode fuerza, segn la potencia de los mismos.

Construccin: la mayora de los motores de repulsin consta de las siguientes partes:

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

2 Un rotor, consistente en un ncleo de chapas de hierro ranurada donde va alojado un arrollamientounido a un colector. Este rotor es similar, en cuanto a construccin, al inducido de un motor decorriente continua, y por este motivo ser designado indistintamente con los nombres de rotor oinducido. Las ranuras suelen estar algo inclinadas con respecto al eje rotrico para que el par dearranque no depende de la posicin del rotor y para reducir el zumbido magntico. El colector puedeser de dos tipos: axial con delgas en forma de cuas perpendiculares al eje.

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

4 Escobillas del carbn encajadas en sendos porta escobillas, qu al rozar las delgas del colectorpermiten la circulacin de corriente por el inducido.

5 Porta escobillas, montadas sobre el escudo o sobre el eje rotrico, segn el tipo del motor.

Motor de repulsin solo en arranque

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

Existen dos modalidades constructivas diferentes, segn que las escobillas permanezcan o no encontacto con las delgas del colector. En variantes con escobillas separables, estas se separanautomticamente del colector cuando el motor a alcanzado aproximadamente el 75% de su plenavelocidad de rgimen. El colector suele ser normalmente del tipo radial. En la variante con escobillas noseparables stas como su nombre lo indica, permanecen siempre en contacto con el colector. El colectorsuele ser en tal caso de tipo axial por lo que respecta al resto del funcionamiento ambas variantes sonabsolutamente idnticas.

Funcionamiento del motor con escobillas separables

Para conseguir que un motor de induccin monofsico de induccin pueda arrancar con un parelevado, se bobina un arrollamiento estatrico a la red, la corriente que circula por l engendra un flujomagntico, y este induce a su vez una tensin en el arrollamiento rotrico. Como dicho arrollamientoqueda cerrado por las escobillas, circula corriente a su vez, la cual origina otro flujo magntico. Lospolos magnticos creados en el estator y en el rotor son del mismo signo, y por tanto dan lugar a un parde repulsin; de ah el nombre que recibe estos motores.

Cuando el motor alcanza aproximadamente el 75% de su plena velocidad de rgimen, las delgas delcolector quedan puestas en cortocircuito por la accin de un mecanismo centrifugo, y las escobillas sonseparadas automticamente del colector. El inducido se convierte entonces en un rotor de jaula de

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ardilla, y el motor sigue girando como uno de induccin.

Funcionamiento del motor con escobillas no separables

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

El mecanismo centrfugo ms 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 delcolector, de forma que, por efecto de la fuerza centrfuga, los segmentos pongan en cortocircuito lasdelgas del colector cuando el motor alcanza una velocidad predeterminada. Cuando se para el motor,los segmentos vuelven a su posicin inicial, accionando por el muelle circular y dejan de establecercontacto con el colector. Mientras ms delgas de hallan en cortocircuito el motor funciona como uno deinduccin.

Existen diversos tipos de mecanismos centrfugos aptos para este motor, pero su principio defuncionamiento es bsicamente el mismo. En este tipo de motores, una vez alcanzada la velocidad quehace entrar en accin el mecanismo centrfugo ya no circula corriente alguna por las escobillas, a pesarde permanecer en contacto con l colector. El numero de escobillas varia en funcin del numero de

polos del motor. As, un motor tetrapolar suele llevar cuatro escobillas, sin embargo, pueden sersuficientes dos si el arrollamiento del inducido es ondulado o el colector lleva conexionesequipotenciales. Esta condicin se cumple para todos los motores e repulsin, sea cual fuera el numerode 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 sonsemejantes a los motores serie DC, tiene su misma caracterstica velocidad torque, y se fabrica conpotencias desde 0.01 HP hasta 2 HP. Se utilizan principalmente para impulsar electrodomsticospequeos y herramientas porttiles, 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, enmucho casos superior a los 10.000 r.p.m

Aspectos mas tcnicos del motor universal

Quizs el enfoque ms sencillo utilizado para diseo un motor que funcione con una fuente de potenciade CA monofsica consiste en tomar una maquina de CC ponerla en marcha con un suministro de CA

Si se invierte la poralidad de la tensin aplicada a un motor de CC en serie tanto la direccin del flujode campo como la direccin dela corriente inducida se invierten, y el momento inducido resultante

continua en la misma direccin que tenia antes. Por tanto, debera ser posible alcanzar un momentopulsante pero unidireccional a partir de un motor de CC conectado a una fuente de potencia de CA.

Este tipo de diseo solo resulta practica para el motor de CC serie, puesto que la corriente inducida y lacorriente de campo de la maquina debe invertirse exactamente al mismo tiempo. Para los motores deCC en derivacin, altsima inductancia de campo tiende a retardar la inversin de la corriente decampo y por ende a reducir de manera inconveniente el momento inducido promedio del motor. Paraque un motor de CC funcione efectivamente con CA, sus polos de campo y el marco del estator debeestar completamente laminados. Si no lo estuvieran, las perdidas de ncleo serian enormes. Al estarlaminados los polos y el estator, el motor se llama generalmente motor universal por cuanto ste puede

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marchar a partir de una fuente bien sea de CA como CC.

Cuando el motor est funcionando con una fuente de CA, la conmutacin ser mucho ms pobre quecon una fuente de CC el chispeo extra en las escobillas se deben a las tensiones que inducen accintransformadora en las escobillas y en algunos ambientes pueden ser una fuente de interferencia para lasfrecuencias radiales.

Una caracterstica tpica en momento de torsin velocidad de un motor universal; sta difiera de la

caracterstica de la misma maquina que funciona con una fuente de tensin de CC, por dos razones:

1 Los embobinados de induccin y de campo tienen unas reactancias grandes a 50 o 60 HZ, una partesignificativamente de la tensin de entrada cae a travs de estas reactancias, y por tanto la tensin A esms pequea para una determinada tensin de entrada durante el funcionamiento con CA que con CCpuesto que para una determinada corriente de inducido y un momento de inducido, el motor es maslento con corriente alterna que con corriente continua.

2 Adems, la tensin cresta de un sistema de CA es raz de dos veces su valor rms y por esto lasaturacin magntica podra ocurrir cerca de la corriente cresta de la maquina. Esta saturacin podradisminuir 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 disminucin del flujoaumenta la velocidad de una maquina de corriente continua, por lo cual este efecto puede compensarprincipalmente la disminucin 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 tensin de entrada.Cuando ms alto sea esta tensin, mayor ser la velocidad resultante de este motor. En la practica latensin promedio aplicado a este motor varia con uno de los circuitos SCR, o TRAC. La funcinespecifica de los SCR es comandar la tensin que se le aplica al motor para controlar su velocidad defuncionamiento. Como se dice anteriormente entre mas cerca se dispara el SCR mayor tensinalcanzar el motor.

MIMA DE POLOS DE SOMBRA

La invencin est relacionada con la electrotecnia, y en especfico con los motores con polo sombreado opantalleado, la misma puede ser utilizado en la industria de la construccin de pequeos motoresmonofsicos (ventiladores, extractores, etc.).

Son conocidos los motores asincrnicos monofsicos con polo sombreado en los cuales entre los polosprximos se colocan un puente electromagntico, para de esa forma lograr un entre hierro uniformeentre estator y rotor con lo que se logra una disminucin dela prdidas provocadas por las armnicassuperiores en el rotor. La ejecucin tecnolgica de los motores de este tipo es no factible y acelera

considerablemente el gasto de instrumentos en el estampado de las laminas.

Adems con esta construccin, no se logra una altura completamente uniforme del entre hierro, ya queen la zona en que est colocado el anillo cortocircuitado sta aumenta en varias veces.

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.Corte de un motor de induccin de polos sombreados

Todos los motores descritos anteriormente hacen uso de una bobina encendida de mltiples vueltas. Elmotor de polo sombreado se diferencia en que la bobina de encendido forma parte del circuito en todoinstante y adquiere la forma de dos lazos de cobre que rodean parte de cada polo de arranque. Estaspartes sombreados del campo producido por el polo del arranque principal y la comente inducida en ellazo hacen que el campo generado por esta parte sombreada atrase el campo principal. La variacin enla fase es menor que la ideal de 90 y el mdulo del campo sombreado considerablemente menor que elcampo principal. Debido a esto el momento inicial es muy pequeo, tpicamente es slo la mitad del

momento total.

a) Diagrama de un motor de induccin de polos sombreados

b) Su caracterstica resultante momento de torsin velocidad

Una parte considerable de la energa se pierde en los lazos que estn en el circuito en todo instante yesto da como resultado una baja eficiencia. Una eficiencia mayor del 20% es muy difcil de encontrar yen los motores pequeos puede ser tan pequeo como un 2 o 3%. Esto tambin trae consigo una pobreregulacin de la velocidad.

Bajo la ptica 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 unproblema. Sin embargo, debido a sus grandes perdidas, este tipo de motores trabajan siempre a altastemperaturas, incluso sin realizar ningn tipo de esfuerzo.

Las grandes maquinas bipolares y cuadrupolares utilizan simples arranques de laminacin circular conbloques en cada uno de los polos de los anillos sombreado(en algunos casos el anillo es de hechorectangular).

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Cuando se ensambla en su carcasa no parece muy diferentes de su primo el motor de divisin de fase.Sin embargo, su reducido tamao y su construccin radicalmente diferentes se utilizan para reducir losgastos de produccin.

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 escudosson de fierro fundido.

.Construccin general y principio del motor con espiras de sombra

En los motores de polos rasgados la direccin de rotacin sta determinada por la posicin de los anillosrasgados, el rotor siempre gira hacia el lado ms en punta de los polos. La nica forma de hacer que unmotor de polos rasgados gire al revs es demostrarlo y volverlo a montar, pero intercambiando esta vezlos extremos del rotor. Esto no es normalmente dificultoso, tan slo se han de cambiar de posicin unpar de clavijas.

MOTOR PASO A PASO

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Un motor paso a paso es un tipo especial de motor sincrnico diseado para rotar un determinadonumero de grados por cada pulso elctrico que recibe por su unidad de control. Los pasos habitualesson 7.5 o 15 por pulso. Estos motores se usan en muchos sistemas de control, puesto que la posicin deun eje o de otra pieza mecnica puede controlarse de modo preciso mediante ellos.

Un estator trifsico bipolar con rotor de imn permanente. Si se aplica una tensin de CC a la fase (a)del estator sin aplicar ninguna tensin a las fases (b), (c) entonces en el rotor se inducir un momento deinduccin lo que hace alinearse con el campo magntico (bs), del estator.

Supongamos que se apaga la fase (a) y que se aplica en la fase (c) una tensin continua negativo. Elnuevo campo magntico del estator (a) gira 60 con respecto al campo magntico previo, y el rotor delmotor lo limita. Continuando este modelo, es posible construir una tabla que muestra la funcin delestator en funcin de la tensin aplicada al rotor. Si la tensin producida por la unidad de controlcambia con cada pulso de entrada, entonces el motor paso a paso avanzara 60 con cada pulso deentrada.

Es fcil construir un motor paso a paso con intervalo de paso mejor mediante el aumento del numerode polos del motor la cantidad de grados mecnicos que corresponde a determinada cantidad de gradoselctricos en cada paso de la tabla corresponde a 60 elctricos, la cantidad de grados mecnicos

movidos por paso disminuye al aumentar el numero de polos. Por ejemplo si el motor paso a paso tiene8 polos, entonces el ngulo mecnico 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 suunidad de control por unidad de tiempo hay una ecuaciones que da el ngulo mecnico de un motorpaso a paso en funcin del ngulo elctrico. Los dos lados de esta ecuacin estn diferenciados conrespecto al tiempo, entonces tenemos una relacin entre las velocidades elctrica y mecnica de rotacindel motor.

Hay dos tipos de motores bsicos Paso a paso, que solo difieren en la disposicin de rotor: el de imnpermanente y el de reluctancia. El primero tiene un rotor de imn permanente, mientras el segundotiene un rotor ferromagntico que no es un imn permanente. (El rotor antes descrito es el del tiporeluctancia). En general, el motor paso a paso de imn permanente puede producir mayor momento detorsin que el de tipo reluctancia, puesto que el de imn permanente tiene momento de torsin tanto delcampo magntico del rotor como de los efectos de reluctancia.

Generalmente los motores paso a paso de tipo reluctancia se construyen con un embobinado de estatorde cuatro fases en vez del embobinado trifsico descrito anteriormente. El embobinado de estator decuatro fases reduce el paso entre los pulsos, de 60 a 45| elctricos. Como mencionamos anteriormente,el momento de torsin de un motor de reluctancia varia en proporcin a sen 2 gama, por lo cual elmomento de torsin de reluctancia entre los pasos ser mximo para un ngulo de 45 por tanto, undeterminado motor paso a paso puede producir mayor momento de torsin con un embobinado deestator de cuatro fases que con uno trifsico.

Esto puede generalizarse con el fin de aplicar a todos los motores paso a paso, independientes delnumero de fases de los embobinados de estator. En general si un estator tiene n fases, se requieren dos npulsos por revolucin elctrica en tal motor. Por consiguiente, la relacin entre la velocidad del motor yrpm y l numero de pulsos por minuto es: nm=1/np*n pulsos.

Los motores paso a paso se utiliza frecuentemente en sistemas de control y posicin porque elcomputador que efecta el control puede saber la velocidad y la posicin exactas del motor paso a pasosin necesitar informacin de retorno del eje del motor.

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Los motores paso a paso son ideal para la construccin de mecanismos en donde se requieranmovimientos muy precisos. La caracterstica principal de estos motores, es l hecho es de podermoverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90 hastapequeos movimientos de tan solo 1.8, para completar un giro completo de 360.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posicin o totalmente libre. Siuna o ms de sus bobinas esta energizada, el motor estar enclavados en la posicin correspondiente ypor el contrario quedara completamente libre si no circula corriente por sus bobinas.

Principio de funcionamiento

Bsicamente estos motores estn construidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicadosdistintas imgenes permanentes y por un cierto numero de bobinas en su estator.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imn permanente. Toda la conmutacin (o excitacinde las bobinas) deben ser externamente manejadas por un controlador.

Existen dos tipos de motores paso a paso de imn permanente

Bipolar: estos tienen generalmente cuatro cables de salida. Necesitan ciertos trucos para sercontrolados, debido a que requieren del cambio de direccin del flujo de corriente a travs de lasbobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

Unipolar: estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno, estetipo se caracteriza por ser ms simple de controlar, se puede controlar un motor paso a paso unipolarmediante el uso de un ULM2803, el cual es un array de 8 transistores de tipo darlington capaces demanejar cargas de hasta 500ma las entradas de activacin (activa A, B, C y D) pueden ser directamenteactivadas mediante un microcontrolador.

Secuencias para manejar motores paso a paso bipolares

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

A continuacin veremos la tabla con la secuencia necesaria para controlar motores paso a paso del tipobipolares.

PASO TERMINALES

A B C D

+V V + V V+V V V + VV + V V + VV + 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 continuacin. Todolas secuencias comienzan nuevamente por el paso uno, una vez alcanzado el peso final (4u 8) pararevertir el sentido de giro, simplemente se debe ejecutar las secuencias en modo inverso.

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Secuencia normal

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

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 MQUINAS A LOS MIMA

Ensayo sin carga (vaci)

El motor de induccin se conecta a una alimentacin a su tensin nominal y se hace funcionar sin (ninguna) carga acoplada a su eje. En estas condiciones, como en el caso de los anteriores ensayos envaci, la potencia de entrada al inducido estatrico del motor de induccin presenta (1) las prdidas porrotacin (prdidas en el hierro y mecnicas), y (2) unas pequeas perdidas en vaco equivalentes a lasperdidas en el cobre del esttor y el rotor.

Ensayo con rotor bloqueado (cortocircuito)

El motor se desconecta y su rotor se bloquea para impedir su rotacin. Al estator se aplica una pequeay gradualmente creciente tensin trifsica (procedente o bien de un variac trifsico o de un reguladorde induccin polifsico) hasta que circule la corriente nominal de lnea indicada en la placa decaractersticas. Como en el ensayo de cortocircuito del transformador, y por las razones justificadas enel apartado 1211, las perdidas en el hierro son despreciables y no hay perdidas mecnicas ya que elmotor no gira. La potencia total absorbida por el motor representa, por tanto, las perdidas elctricas enel cobre a plena carga del estator y del rotor.

RENDIMETO DE LOS MIMA

El rendimiento de los motores monofsicos de potencia fraccional se determina ordinariamente porcualquiera de los siguientes mtodos.

1 Ensayos dinmometrico en los que el motor se acopla a un generador dinamomtrico de CC cargado

con una resistencia y cuyo estator se asienta mediante gorrones. Al estator dinammetrica se suelda unapalanca de par, que se opone a su rotacin mediante un muelle calibrado o instrumento del tipochatillon para medir la fuerza o par desarrollados por el dinammetrico. Este mtodo emplea la cargadirecta.

2 Tambin puede utilizarse generadores calibrados (de rendimiento conocido) para medir losrendimientos relativos de los mtodos monofsicos de potencia fraccional. Este mtodo tambin empleacarga directa.

3 Los motores monofsicos no fraccionales de pequea potencia pueden

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ensayarse mediante el mtodo clsico a rotor bloqueado. La tcnica es algo ms fcil debido a larelatividad sencillez de los clculos monofsicos y no se precisa equipo especial.

4 El mtodo de la AIEE de carga directa descrito, tambin puede utilizarse si esta garantizada unadeterminacin del rendimiento ms precisa.

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

CURVAS CARACTERSTICAS DE LOS MIMA

Curvas caractersticas del motor de fase partida

a) Motor de induccin 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 arranquerelativamente baja. Se emplean en aplicaciones que no requieren pare de arranque muy elevados.

Curva caracterstica del motor de funcionamiento capacitivo

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Motor de induccin con condensador partida permanente.Caracterstica momento de torsin velocidad de este motor.

Curva caracterstica del motor de arranque capacitivo

Motor de induccin con arranque por condensador.Angulo de la corriente en el arranque de este motor.

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c) Caracterstica momento de torsin velocidad de un motor de induccin con arranque porcondensador.

Curva caracterstica del motor capacitivo y arranque capacitivo

Motor de induccin con condensador de arranque y condensador de marchaCaracterstica momento de torsin velocidad de este motor

Curvas caractersticas del motor polos de sombra

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Diagrama de un motor de induccin de polos sombreados.Su caracterstica resultante momento de torsin velocidad.

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MIMA

Un motor de induccin depende par su funcionamiento de que el circuito del estator induzca tensiones ycorrientes en el circuito del rotor (accin transformadora). Puesto que la induccin de tensiones ycorrientes en el circuito del rotor de un motor de induccin es, esencialmente, una operacin detransformacin; el circuito equivalente de un motor de induccin, terminara por ser muy similar alcircuito equivalente de un transformador. A un motor de induccin se le da el nombre de maquinas

individualmente excitada (al contrario de mquina sincrnica doblemente excitada), puesto que lapotencia se entregar nicamente al circuito del estator. Como un motor de induccin no tiene circuitode campo independiente, su prototipo no tendr una fuente de tensin interno, como la tensingenerada internamente (Ea) de una mquina sincrnica.

Es posible deducir el circuito equivalente de un motor de induccin basndose en el conocimiento de lostransformadores y de lo que ya sabemos sobre la variacin de la frecuencia del rotor, con la velocidad en losmotores de induccin. El prototipo del motor de induccin de desarrollar con base en el modelo detransformador del capitulo 2 y luego resolviendo cmo considerar la frecuencia variable del rotor y teniendoen cuenta otros efectos similares del motor de induccin.

Modelo de un motor de induccin como transformador

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

Como cualquier transformador, hay una cierta resistencia y autoinductancia en los embobinados primarios(estator), los cuales deben resentarse en el circuito equivalente de la mquina. La resistencia del estator sedenomina R1, y la reactancia de dispersin del estator X1. Estas dos componentes aparecen justo a la entradadel modelo de la mquina.

Modelo de transformador de un motor de induccin, con rotor y estator conectados por medio de untransformador ideal con relacin de espiras (Aef)

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Tambin como cualquier transformador con un ncleo de hierro, el flujo en la mquina estrelacionado con la tensin aplicada E1. En la figura a) 4 la fuerza magnetomotriz versus la curvade flujo (curva de magnetizacin) de la mquina se coteja con una curva similar de un transformadorde potencia. Observe que la pendiente de la curva del flujo versus fuerza magnetomotriz del motor deinduccin es mucho menos pronunciada que la curva de un buen transformador. Esto sucede, porqueexiste un entrehierro en el motor de induccin, que aumenta enormemente la reluctancia de latrayectoria del flujo y por tanto debilita el acoplamiento entre los embobinados primario y secundario.Cuanto ms alta la reluctancia causada por el entrehierro, se necesita una corriente de magnetizacin

ms alta para lograr un nivel de flujo determinado. Por tanto, la reactancia de magnetizacin en elcircuito equivalente Xm tendr un valor mucho menor (o la susceptancia Bm tendr un valor muchomayor que el que correspondera a un transformador corriente.

La tensin primaria interna del estator E1 se acopla con el secundario Er por medio de untransformador ideal con una relacin de espiras Aef. La relacin de espiras efectiva Aef es bastantefcil de determinar para un motor de rotor devanado; es bsicamente la relacin del numero deconductores por fase del estator, con el numero de conductores por fase en el rotor, modificada porcualesquiera diferencias de factores de paso y de distribucin.

En cambio, es un poco difcil 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 unarelacin de espiras efectivas para el motor. La tensin Er producido en el rotor produce, a su vez, unflujo de corriente en el circuito del rotor de la mquina (o secundario) , puesto en cortocircuito.

Fig. a) 4 Muestra la curva de magnetizacin de un motor de induccin cotejada con la de untransformador.

Las impedancias del primario y la corriente de magnetizacin del motor de induccin son muyparecidas a los componentes correspondientes del circuito equivalente de un transformador. El circuito

equivalente de un motor de induccin se diferencia del circuito equivalente de un transformador,primera, en los efectos que tiene la frecuencia variable del rotor sobre la tensin Er y las impedanciasRr y jXr., del mismo.

CONCLUCIONES

Al inicio del desarrollo de los motores monofsicos se debieron enfrentar obstculos de considerableimportancia, primero por que la corriente de tensin monofsica no produce un campo magnticogiratorio. Luego de sortear este obstculo los fabricantes se encontraron con la problemtica que traeconsigo el hecho que los motores monofsicos no poseen par de arranque intrnseco.

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Con el paso del tiempo se han ido desarrollando diversas tcnicas orientadas a solucionar estosproblemas. Dando paso a los motores monofsicos que hemos conocido en este trabajo.

Las aplicaciones de los motores monofsicos hoy son muy amplias, puesto que cada sistema estadiseado con caractersticas especificas, sin embargo cada una de las diferentes configuraciones tienenventajas y desventajas tanto una con respecto de otra, como cada una con respecto a la instalacinmisma donde ser ubicada.

Los diferentes motores que hemos conocido han hecho posible el desarrollo de nuevas maquinas,herramientas y aparatos, tanto para su aplicacin industrial o domestica.

Cada sistema de los estudiantes tienen como objetivo principal introducir alguna mejora a los motoresya existentes, estos cambios consisten en: mejorar el par de arranque, el factor de potencia, ladisipacin de calor a travs del mismo motor (en el caso de los motores que presentan altas resistencias), evitar corrientes excesivas en el momento del arranque y evitar que las reactancias (inductiva ocapacitiva) influyan negativamente en la instalacin que los rodea.

Tambin se han desarrollado motores pequeos (micro motores) que pueden ser utilizados en pequeasmaquinas herramientas (taladros, sierras circulares y otras), y otros que se utilizan en aparatos

domsticos (bombas de agua de maquinas lavadoras, hornos giratorios y otros electro domsticos).

BIBLIOGRAFA

MQUINAS ELCTRICAS (Segunda edicin)

Stephen J . Chapman

MQUINAS ELCTRICAS Y TRANSFORMADORES

Irving L . Kosow, PH. D.

ELEMENTOS DE LA ELECTRICIDAD TOMO II C.A

Hernan Carrasco Alveal

MOTORES ELCTRICOS

Gustavo Gilli

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Motores de Pólos de Sombra