Motores de corriente alterna

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna:
• los motores sÃ-ncronos
• los motores de inducción.
El motor sÃ-ncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se
montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas
en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica.
La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética variable con
los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por
la frecuencia de la corriente en la lÃ-nea de potencia de corriente alterna.
La velocidad constante de un motor sÃ-ncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no puede
utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy
grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la
frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores sÃ-ncronos pueden funcionar con una fuente de
potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un
campo magnético rotatorio.
El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de ardilla que se
usa con alimentación trifásica.
Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofásica utilizando
varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las caracterÃ-sticas del voltaje monofásico y lo
hagan parecido al bifásico. Estos motores se denominan motores multifásicos o motores de condensador (o
de capacidad), según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen un
par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsión−inducción para las aplicaciones en las que se
requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de condensador, pero disponen de un
interruptor manual o automático que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador
cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, después de que el
motor alcance una velocidad crÃ-tica.
Los motores de repulsión−inducción se denominan asÃ- debido a que su par de arranque depende de la
repulsión entre el rotor y el estator, y su par, mientras está en funcionamiento, depende de la inducción.
Los motores de baterÃ-as en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con
corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se
utilizan en aparatos domésticos.
MOTOR DECORRIENTE ALTERNA
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Máquina asÃ-ncrona trifásica:
También son conocidas como máquinas de inducción. Su estator esta formado por un paquete de chapas
aisladas montado en una carcasa con una serie de ranuras en su periferia donde se encuentran los hilos
conductores que forman el bobinado del estator, formando tres bobinas que se corresponden a cada una de las
tres fases. El rotor lo forman un apilamiento de chapas que forman un cilindro junto con el eje del motor, pero
según se distribuya el inducido se distinguen dos tipos:
• Rotor bobinado: En las ranuras de las chapas del rotor hay unos devanados iguales que los del estator
formados por un gran número de espiras; los extremos de las bobinas de este devanado esta
conectadas a tres anillos que se conectan al exterior mediante el contacto de tres escobillas
• Rotor de jaula de ardilla: En las ranuras del exterior están colocados los conductores que forman una
serie de barras formando un cilindro cortocircuitadas en cada extremo con forma de jaula de ardilla
El estator:
Es la parte fija del motor. Esta constituido por una carcasa en la que esta fijada una corona de chapas de acero
de calidad especial provistas de ranuras. Los bobinados están distribuidos en estas ranuras y forman un
conjunto de bobinas desfasadas entre sÃ- 120º. Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un
sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio:
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El rotor:
Él es la parte móvil del motor. Esta situado en el interior del estator y consiste en un acoplamiento de
chapas de acero que forman un cilindro solidario con el árbol del motor.
El rotor del motor trifásico es atravesado por el campo giratorio engendrado en el estator. El arrollamiento
rotórico puede ejecutarse como el estatórico en forma repartida, con las bobinas unidas en serie (rotor
bobinado o con anillos rozantes); o también a base de barras (rotor de jaula o en cortocircuito). Estas barras,
de aluminio inyectado a presión (las aletas de refrigeración hechas en la misma operación hacen masa con
el rotor) están conectadas en paralelo y al mismo tiempo puestas en cortocircuito por medio de dos aros
extremos.
En uno y otro caso queda el arrollamiento rotórico en cortocircuito una vez el motor está en servicio. Igual
que en el secundario de un transformador, en el arrollamiento rotórico se induce también una Fem., la
cual, por estar éste cerrado sobre sÃ- mismo, da lugar a la circulación de una corriente rotórica. La
acción conjunta del campo giratorio y del campo debido a la corriente rotórica determina, como en todos
los motores, un par de giro. Éste par arrastra al rotor en el sentido de rotación del campo giratorio y le
comunica una velocidad muy próxima a la de sincronismo.
Una vez el motor puesto en marcha se induce en el rotor, además de la tensión de reposo, una contra
tensión producida por el movimiento de los conductores rotóricos en el campo giratorio. Con el motor en
servicio, la tensión rotórica efectiva equivale pues solamente a la diferencia entre las dos anteriores.
Si el rotor llegase a girar a la velocidad de sincronismo es evidente que ambas tensiones serÃ-an iguales (en
magnitud), con lo cual la tensión rotórica efectiva resultarÃ-a nula. En tal caso no circularÃ-a tampoco
corriente alguna por el rotor y desaparecerÃ-a el par de giro. El motor trifásico funciona, pues, siempre algo
rezagado con respecto a la velocidad de sincronismo: se dice que desliza. La diferencia entre esta última y la
velocidad real del motor constituye la velocidad relativa de éste con respecto al campo. El motor trifásico
es, por consiguiente, esencialmente asÃ-ncrono. A medida que la carga aumenta y con ella la corriente
rotórica, va disminuyendo el numero de revoluciones.
Generación del campo giratorio:
El campo magnético del motor asÃ-ncrono es también un campo giratorio. En el caso de un motor
trifásico está generado por las tres corrientes desfasadas que circulan por el arrollamiento estatórico.
Para que se genere el campo giratorio es preciso que los arrollamientos estén uniformemente repartidos en
la periferia del estator, como lo están en el tiempo (es decir, en el orden de sucesión) las 3 corrientes de
fase. En máquinas bipolares el ángulo entre bobinas correspondientes de cada fase deberá ser, por
consiguiente, de 120º. Las 3 corrientes estatóricas del lugar entonces a 3 campos alternos, también
desfasados 120º entre sÃ-, cuya resultante es un campo magnético giratorio.
Como en el rotor los polos son fijos y en estator la polaridad de los campos varÃ-a (está alimentado por
corriente alterna), los polos fijos del rotor, siguen las variaciones de polaridad de los devanados del estator.
Habrá efectos de atracción y repulsión de campos magnéticos que causará la rotación del rotor.
HERRAMIENTAS PARA EMBOBINAR
Herramientas para embobinar
Nuestra tarea es buscar los métodos prácticos que más hemos usado y deshacer aquellos métodos
imprácticos.
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Ahora señalaremos las herramientas adecuadas para llevar a cabo el trabajo de embobinar:
He aquÃ- una lista de herramientas para llevar a cabo nuestro trabajo de embobinar un motor:
• Pinzas de corte
• Pinzas de corte en la punta
• Pinzas de presión
• Mazos
• Llaves españolas
• Llaves de allen
• Navajas
• Martillo de goma
• Calibrador para alambre BS
• Tijeras
• Maquina embobinadota con contador de revoluciones
Instrumentos de medición
Para comprobar el buen funcionamiento de un motor o para detectar fallas se utilizan diferentes aparatos de
medición como son el amperÃ-metro, pinza amperimétrica, voltÃ-metro, ohmetro
AmperÃ-metro
El empleo del amperÃ-metro en los talleres de reparación de motores es indispensable ya que su lectura
demuestra las condiciones normales o anormales de los mismos siendo de recomendarse los de tipo de
precisión con escalas de 0 a 25, 0 a 50 y 0 a 100. Estos aparatos tienen la ventaja de que se pueden trasladar
a cualquier parte para prestar su servicio, o tenerlos instalados en un tablero de pruebas en un taller. El
amperÃ-metro se conecta en serie.
Pinza amperimetrica
Este instrumento es fácil de manejar, pues están provisto en su parte superior de una especie de mordaza
metálica que se abre para colocar dentro de la misma la lÃ-nea que se va a probar una vez que el conductor
este dentro de la mordaza se cierra esta por medio de un simple moviendo y el aparato marca inmediatamente,
el amperaje que esta pasando.
VoltÃ-metro
Este aparato nos sirve para medir voltajes, también nos puede servia para detectar diferencias de voltaje
entre fases. El voltÃ-metro se conecta directo a la fuente que se desea probar.
Funcionamiento y reparación
La importancia del funcionamiento de los motores se da por la gran necesidad que se tiene de ellos la rapidez
y eficacia, conque se realice su reparación redituara ampliamente en el reconocimiento del buen trabajo.
La reparación de un motor necesita de mucha a tensión conociento de materiales con respecto a su calidad,
principalmente porque los materiales usados por los fabricantes son generalmente de excelente calidad.
En cuanto al acabado la forma en que se encuentra el embobinado debe ser esteticamente muy bueno ya que la
maquinaria que usan los fabricantes logra ensambles perfectos y difÃ-ciles de montar manualmente.
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Es por eso que se han desarrollado diferentes maneras de embobinado manualmente para facilitar la entrada
del alambre a las ranuras del estator.
DESARROLLOS PARA EL EMBOBINADO
Como desembobinar un motor
Para desembobinar un motor se necesita un martillo con un cincel o en su defecto un cortador afilado. El
estator se debe colocar con un tope para que no se recorra hacia atrás cuando se golpee la corona con el
cortador, para cortar las bobinas se coloca el estator con la parte contraria a la de las conexiones. El cincel se
debe colocar al ras de la bobina y al comienzo de la ranura, con golpes uniformes la bobina quedara cortada y
asÃ- sé ira recorriendo una por una hasta terminar con toda la circunferencia del embobinado.
Para el siguiente paso con las bobinas cortadas al ras del laminado necesitaremos un botador que abarque el
ancho de la ranura, ya que puede llegar a dañarse dentro de la ranura y dañar la formación del laminado.
AsÃ- golpearemos firmemente hasta que logremos bajar poco a poco las bobinas dentro de las ranuras hasta
tenerlo totalmente fuera.
Como sacar los datos de un motor
Antes de proceder a destapar un motor es conveniente tomar nota de cuantas puntas salen y si trae algunas
marcas en los cables como pueden ser números, colores, etc., para que al entregar un motor tenga el mismo
numero de puntas e identificaciones ya que en el momento de su instalación pueden surgir algunas
problemas y provocar un mal funcionamiento ya que algunas veces la instalación de un motor es efectuado
por personas diferentes y se basan por las marcas que el motor traÃ-a anteriormente.
También se deberán hacer algunas marcas en las tapas para asegurarnos que la posición al cerrarlos sea
la misma que tenia el motor cuando lo recibimos.
Una vez que se han quitado todos los tornillos se recomienda guardarlos junto con piezas que se le hayan
retirado agregando una nota para identificar a que motor corresponden para evitar confusiones posteriores.
Ya abierto el motor se tomara el estator con la parte de las conexiones hacia arriba para asÃ- desatar los
amarres y buscar todos los puntos de conexión, el paso de las bobinas, y bobinas por grupo, numero de
grupos, tipo de embobinado, vueltas por bobina, después de hacer esto cortarlo, después contar numero
de ranuras, largo de ranura calibre de alambre y tipo de aislamiento.
La placa de datos también se deberá transcribir para hacer comparaciones al final del trabajo.
Aislamiento para embobinados
Los aislamientos en un embobinado son muy importantes ya que de estos depende que la parte eléctrica no
tenga ningún contacto con la parte de hierro del motor que provocarÃ-an cortos, que serian peligrosos para
el operador.
Los aislamientos deben estar preparados para soportar determinadas temperaturas y proteger de humedad y
polvo las bobinas.
En los embobinados podemos encontrar varios tipos de aislamientos como son:
• Plásticos
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• Barnices
• Papel
• Tubos de carton especial impregnados
• Tubos de fibra de vidrio
• Aislantes a base de silicones (Barniz)
Para motores que trabajen en condiciones de temperatura que sobrepasen los 40 ºC se recomienda el uso de
aislantes de tela de vidrio y barnices a base de silicones., este mismo tiempo de aislantes se recomienda donde
el ambiente es húmedo.
El aislante que es colocado entre las ranuras del estator lo podemos encontrar en tres tipos diferentes
• Papel pescado
• Coreco
• Maullar
También se usa el espagueti la descripción de este aislante es un tubo formado de resinas aislantes y fibra
de vidrio, el cual sirve para aislar los puntos de conexión entre las bobinas.
Barniz para acabado:
Este se usa cuando se esta seguro que el motor se encuentra listo para trabajar y ya se han hecho las pruebas
correspondientes que comprueben su buen funcionamiento, ya que este barniz al secar hace que los alambres
queden sujetos entre si endureciendo las bobinas, esto evita ruidos por alambres sueltos, vibración de un
embobinado, y además actuar como una capa protectora además de dar una buena presentación de
acabado a el embobinado.
Tejas de papel cartón:
Se colocan sobre la parte superior descubierta de la bobina y las paredes de la ranura., estas asientan las
bobinas y al mismo tiempo las aprietan hacia el fondo de la ranura, también las protegen de un posible
rozamiento con el rotor.
Alambre magneto:
Este alambre esta provisto de un barniz aislante que evita los cortos entre un alambre con otro.
• Colocación de aislantes en el estator
Para este caso usaremos las tejas de papel carton el cual es como una teja plástica en presentación de
diferentes calibres.
Podemos tomar una muestra del embobinado anterior y basarnos a esa medida, pero en muchas ocasiones no
queda ninguno en buen estado, de tal modo que cortaremos un pedazo aproximado e introducirlo en la ranura
entonces estaremos con la altura adecuada de modo que no salga de la ranura.
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Para delimitar el largo del aislante se debe dejar después de la ultima lamina según sea el tamaño de el
motor en este caso dejaremos 10 mm de sobrante de cada lado para que mas adelante hagamos una pestaña
para que el aislante no se mueva ni se recorra a la hora en que estemos introduciendo el alambre.
De esta manera tendremos ya una muestra de la cual tomaremos las medidas tanto de largo como de ancho.
Nuestra medida deberá ser de 10cms, de largo por 2 cm de ancho.
Una vez marcado la tira la cortaremos ya sea con una navaja o tijeras a esta tira le mediremos 5mm de cada
lado para hacer un medio corte con una navaja.
Ahora podemos cortar individualmente cada aislador, con el cortador antes mencionado ajustaremos la
medida de 2 cm que es el ancho de nuestro aislador.
Asi obtendremos los 24 aislantes que necesitamos para nuestro motor.
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A cada uno de los aisladores le doblaremos el medio corte hacia un mismo lado de los dos extremos.
Con el sobrante de nuestra tira haremos lo que se conoce por los técnicos como caballetes que son tiras de
aislantes que sirven para cubrir las bobinas en su parte exterior antes de las tejas de papel carton
Estos se hacen tomando la mitad de la medida de ancho de nuestros aisladores anteriores., asÃ- es que si
media 2 cm de ancho esta medirá 1 cm de ancho, una vez cortados se deberá hacer un dobles de modo que
estén redondeados tal y como se muestra en la figura .
De esta manera nuestro estator estará listo para recibir las bobinas.
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Â
Calculo necesarios para embobinar el motor:
Tenemos que embobinar de tres formas diferentes nuestro motor comenzamos por uno trifasico con estas
caracteristicas:
1º motor:
K:24 Kpq: 4 m: 8
2P: 2 Nº de grupos: 2 Y: 1 9 17
q:3 u: 2
Calculo de kpq:
Kpq: : : 4
Calculo de U:
U: : : 2
Calculo de m:
m: : : 8
Calculo de Y:
Y: :
Y: 1 9 17
Después de realizar el embobinado y colocarlas según el esquema que vemos a continuación.
Comenzamos con las medidas de aislamiento para saber si tenemos algún cable que nos toca con el estator.
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Después las puntas las puntas de los conductores las conectamos en estrella y en triangulo. A la hora de
probarlo mediremos las rpm que da el motor y vemos que nos dan un numero de revoluciones de 2890
vueltas. De esto concluimos que tenemos un motor asÃ-ncrono.
2º motor:
K:24 Kpq: 2 m: 4
2P: 4 Nº de grupos: 2 Y: 1 5 9
q:3 u: 2 13 17 21
Calculo de kpq:
Kpq: : : 2
Calculo de U:
U: : : 2
Calculo de m:
10
m: : : 4
Calculo de Y:
Y: :
Y: 1 5 9
13 17 21
Este motor además de montarlo asÃ- como vimos, lo tenemos que conectar con el esquema dahlander
después de haber hecho las comprobaciones pertinentes y la conexión en estrella y en triangulo. A
continuación veremos el esquema de montaje de las bobinas en el estator.
• Comenzaremos a crear el bobinado con las medidas dadas anteriormente
• Cuando tengamos terminada la primera bobina la colocaremos en sus lugares sin alterar su orden
• Cuando tengamos introducido la primera bobina empezaremos a colocar la segunda bobina y realizaremos
el mismo procedimiento que con la primera
• Después continuaremos con la de arranque que se realizaran con el mismo procedimiento que con las
primera bobinas
• Una vez introducidas todas las espiras en su lugar coseremos las bobinas por la parte donde no tenemos las
conexiones.
• Realizaremos las conexiones de la bobina según el esquema. Soldaremos las puntas y después las
aislaremos.
• Después de haber realizado las conexiones procederemos a coser la bobina intentando dejar las
conexiones en el mismo lado.
• Haremos las pruebas de derivación con el Meger y comprobaremos si esta haciendo contacto con el
estator
• Conectaremos el motor a corriente y comprobamos si funciona.
CONEXIÓN DAHLANDER
La conmutación de polos, cuando la relación de velocidades es distinta de 1:2, implica la existencia de dos
devanados distintos. Los motores trifásicos de dos velocidades en esta relación, cabe hacer un devanado
único de determinado número de pares de polos y sacar los puntos medios de las bobinas a la caja de
bornes con el fin de hacer la llamada Conexión Dahlander (serie triángulo, doble estrella).
En ella vemos que si la máquina tiene "p" pares de polos, conectada a la red tal como indica en la conexión
triángulo, girará a un número de revoluciones dado por "p". Sin embargo al conectarlos en doble estrella,
el número de polos se reduce a la mitad, pues las intensidades en cada una de las secciones de una misma
fase se invierten, coincidiendo ahora el signo de polos que antes eran opuestos, y como consecuencia la
velocidad se duplica.
En la conexión Dahlander al pasar de triángulo a doble estrella, se cambia el sentido de sucesión de fases
y , si queremos que el motor siga girando en el mismo sentido, es necesario hacer la inversión en el montaje
doble estrella, cambiando la fase T por S.
En este tipo de motores (dependiendo del devanado) puede lograrse potencia constante, en cuyo caso cae el
par con la velocidad alta, o bien se logra un par constante aumentando la potencia absorbida con al velocidad
mayor.
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AquÃ- podemos ver la conexión en triangulo y doble estrella del devanado de un motor Dahlander de 4 y 2
polos.
Calculo necesarios para embobinar un motor monofásico
3º motor
En este tipo de motores debemos saber que necesitamos 16 ranuras para las bobinas principales o de trabajo y
8 ranuras para el embobinado auxiliar.
K:24
2P: 2
q:1
Calculo de kpq:
Kpq: : : 12
Calculo de Up:
Up:: : 4
Calculo de Ua:
Ua:: : 2
Calculo de mp:
Mp:: : 4
12
Calculo de ma:
Ma: : 8
Calculo de Y:
Y: : 6
Y: 1 7
• Comenzaremos a crear el bobinado con las medidas dadas anteriormente
• Cuando tengamos terminada la primera bobina la colocaremos en sus lugares sin alterar su orden
• Cuando tengamos introducido la primera bobina empezaremos a colocar la segunda bobina y realizaremos
el mismo procedimiento que con la primera
• Después continuaremos con la de arranque que se realizaran con el mismo procedimiento que con las
primera bobinas
• Una vez introducidas todas las espiras en su lugar coseremos las bobinas por la parte donde no tenemos las
conexiones.
• Realizaremos las conexiones de la bobina según el esquema. Soldaremos las puntas y después las
aislaremos.
• Después de haber realizado las conexiones procederemos a coser la bobina intentando dejar las
conexiones en el mismo lado.
• Haremos las pruebas de derivación con el Meger y comprobaremos si esta haciendo contacto con el
estator
• Conectaremos el motor a corriente y comprobamos si funciona.
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