Calculo de condensador de arranque para motores monofasicos

INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO
DIRECCIÓN GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL
DEPARTAMENTO DE CURRÍCULO
MANUAL PARA EL PARTICIPANTE
DEVANADO DE MOTORES MONOFÁSICO
ESPECIALIDAD: Electricidad
INSTRUCTOR:
Roberto José Oviedo Díaz
MODO DE FORMACION: Aprendizaje
Marzo, 2009
INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC)
DEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM
Unidad de Competencia:
ü
Devanado de Maquinas Eléctricas
Elementos de Competencias:
ü Devanado de Motores Monofásicos
Marzo, 2009
ÍNDICE
Introducción .............................................................................................................................. 1
Objetivo General ....................................................................................................................... 1
Objetivos Específicos............................................................................................................... 1
Recomendaciones Generales .................................................................................................. 2
UNIDAD I: INTRODUCCION AL DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS ....................... 3
1 Introducción. .......................................................................................................................... 3
1.1- Motores, asíncronos monofásicos ................................................................................... 3
2.- Concepto .............................................................................................................................. 3
3.- Estructura............................................................................................................................. 3
4.- Funcionamiento del motor Monofasico ............................................................................. 4
5.- Clasificación de motores monofasicos de inducción ....................................................... 6
5.1.- Motores de inducción monofásicos ................................................................................ 6
5.1.1.-Motor monofásico sin devanado auxiliar ...................................................................... 6
5.1.2.-Motor monofásico de fase partida ................................................................................. 6
5. 1 .3.- Motor monofásico de fase partida con condensador de arranque .......................... 6
5.1 4.-Motor monofásico de fase partida con condensador permanente.............................. 9
5.1.5.-Motores monofásicos de fase partida con doble capacitor ....................................... 13
5.1.6.-Motor monofásico de fase partida con Resistencia adicional ................................... 14
5.2.- Motor monofásico de los polos sombreado (de polos hendidos) ............................... 14
5.3. - Motor Universal.............................................................................................................. 15
5.4.- MOTORES MONOFASICOS DE REPULSION ................................................................ 16
5.4.1.-Motor de repulsión propiamente dicho ....................................................................... 17
5.4.2.- Motor de repulsión en arranque e inducción en régimen ......................................... 18
5.4.3.- Motor de inducción, repulsión .................................................................................... 19
EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN ................................................................................... 20
UNIDAD II DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS ....................................................... 21
1.- Cálculo y distribución de motores de fase partida.......................................................... 21
1.1- Ventajas ............................................................................................................................ 21
1a Ventaja:............................................................................................................................... 21
2ª ventaja ................................................................................................................................. 21
3a _Ventaja: ............................................................................................................................. 21
1.2- Tipos bobinados de motores monofásicos ................................................................... 21
2.- Proceso de cálculo de un bobinado separado ................................................................ 22
2.1-Tecnología del proceso de cálculo.................................................................................. 22
2.2- Ejercicios de cálculo y distribución de bobinados monofásicos tipo
separados................................................................................................................................ 23
3.- Proceso de cálculo de un bobinado superpuesto........................................................... 26
3.1- Tecnología para proceso de cálculo de un bobinado superpuesto ............................. 26
4.- Calculo de bobinados de motores monofasicos de corriente alterna a partir
del hierro ................................................................................................................................. 30
4.1- Tecnología para el procedimiento de cálculo para motores monofásicos de
corriente alterna...................................................................................................................... 30
4.2.-Tecnología de Proceso para el cálculo del devanado del estator de un motor
monofásico de inducción. ...................................................................................................... 32
5-.- Calculo de condensador de arranque para motores monofasicos ............................... 40
5.1-.- Verificación de condensadores .................................................................................... 40
5.2-Tecnología para el - Cálculo de la capacidad a través de la corriente de
arranque .................................................................................................................................. 43
5.3.- Tecnología para el cálculo de la capacidad con cambio de voltaje ............................ 46
6.- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores
monofasicos............................................................................................................................ 47
6.1- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores
monofasicos............................................................................................................................ 47
7-.- Averías en los motores monofasicos de inducción ....................................................... 49
7.1 Fusibles quemados........................................................................................................... 49
7.2- Cojinetes desgastados .................................................................................................... 50
7.3- Tapas mal montadas ...................................................................................................... 51
7.4- Eje torcido ........................................................................................................................ 51
7.5- Sobrecargas .................................................................................................................... 52
7.6- Interrupción en el bobinado de régimen ........................................................................ 53
7.7- Interrupción en el bobinado de arranque ...................................................................... 53
7.8- Contactos a masa de los bobinados ............................................................................. 55
7.9- Bobinados quemados o en cortocircuito ...................................................................... 56
7.10- Barras de rotor flojas.................................................................................................... 58
7.11- Inversión de polaridad en los bobinados..................................................................... 59
8-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de ...................................... 60
fase partida.............................................................................................................................. 60
8.1
Al cerrar el interruptor, el motor no arranca ............................................................. 60
8.2-Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la normal ............... 61
8.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta excesivamente ................ 62
8.4- Al cerrar el interruptor. el motor marcha con mucho ruido .......................................... 63
9-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de condensador ............... 64
9.1- Al cerrar el interruptor, el motor no arranca ................................................................. 64
9.2- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta excesivamente ................. 65
9.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la normal ............. 66
9.4- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con mucho ruido ......................................... 67
EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN ................................................................................... 69
GLOSARIO............................................................................................................................... 70
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 71
Introducción
El manual del participante “Devanado de Motores Monofásicos”, pretende que
los(as) participantes adquieran las destrezas y habilidades necesarias para
devanar máquinas rotativas o motores monofásicos en la practica ,aplicando
procedimientos técnicos.
El manual contempla dos unidades modulares, presentadas en orden lógico lo
que significa que inicia con los elementos más sencillos hasta llegar a los más
complejos.
El manual del participante está basado en sus módulos y normas técnicas
respectivas y corresponde a la unidad de competencia “Devanador de
Maquinas Eléctricas” de la especialidad de técnico en electricidad y se
abordará en un total de 320 horas.
Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto evaluación para
alcanzar el dominio de la competencia: Devanador de motores monofàsicos.
Para lograr los objetivos planteados, es necesario que los(as) y las
participantes tengan en cuenta los tipos de devanado que se efectúan en un
motor monofásico y las diferentes operaciones de trabajo que se realizan para
lograr la objetividad de acuerdo a las normas técnicas y de seguridad
establecidas.
Objetivo General
Realizar devanado de motores monofásicos de uso industrial de acuerdo a sus
aplicaciones técnicas
Objetivos Específicos
Explicar correctamente principio de funcionamiento del motor monofásico a
partir de aplicación de los fenómenos electromagnético.
Enumerar correctamente partes en que está compuesto un motor monofásico
de acuerdo a su estructura y funcionamiento.
Calcular correctamente devanado de un motor monofásico, aplicando métodos
normalizados.
Devanar correctamente bobinados de motores Monofásicos, aplicando normas
y procesos estandarizados.
1
Recomendaciones Generales
Para iniciar el estudio del manual, debe estar claro que siempre tu dedicación y
esfuerzo te permitirá adquirir la unidad de competencia a la cual responde el
Módulo Formativo de devanado de motores monofásicos.
ü
Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual, debe estar claro
que tu dedicación y esfuerzo te permitirá adquirir la competencia a la cual
responde el módulo formativo.
ü
Al comenzar un tema, debes leer detenidamente los objetivos y
recomendaciones generales.
ü
Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente, para la
realización objetiva de los ejercicios de auto evaluación.
ü
Consulte siempre al instructor, cuando necesite alguna aclaración.
ü
Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos que
estén a su alcance.
ü
A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando sus
inquietudes o dudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante las
sesiones de clase.
ü
Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación.
2
UNIDAD I: INTRODUCCION AL DEVANADO DE MOTORES
MONOFASICOS
1 Introducción.
1.1- Motores, asíncronos monofásicos
Las máquinas eléctricas se dividen en: máquinas estáticas, transformadores
monofásicos y trifásicos, máquinas giratorias, motores monofásicos y motores
trifásicos y máquinas convertidoras rotativas.
Las características particulares de los motores monofásicos, sobre todo su baja
eficiencia y bajo factor de potencia, limitan su aplicación a los casos en que la
potencia requerida es relativamente baja, es decir, desde milésimas de caballo
(Hp) hasta 3/4 de Hp en el caso general. Por supuesto, en casos especiales en
que no se cuenta con alimentación trifásico pueden utilizarse hasta motores de
7.5 Hp aproximadamente.
La operación de un motor monofásico puede visualizarse más claramente si se
considera la siguiente prueba, supóngase que durante la operación de un
motor trifásico se interrumpe la alimentación por una de las fases. Si la carga
del motor no es excesiva este continuará trabajando aunque con una velocidad
ligeramente más baja y tomando mayor corriente de la línea, esto equivale a
decir que la máquina quedará trabajando como motor monofásico y desarrolla
un par de rotación mientras esté en movimiento
Si por alguna causa se detuviera la marcha del motor y se tratara de volver a
ponerlo en movimiento con una fase interrumpida se vería que el motor no es
capaz de arrancar. De aquí puede concluirse que:
- Un motor monofásico solo desarrolla “par” cuando está en movimiento.
- Un motor monofásico carece de par de arranque, y por tanto, requiere un
medio auxiliar para ponerlo en movimiento.
2.- Concepto
Motor de inducción o asíncronos monofásico
Son todos aquellos motores monofásicos que poseen un rotor del tipo jaula de
ardilla (o rotor con espiras en corto circuito).
3.- Estructura
Generalmente para los motores asíncronos monofásicos se emplea el paquete
de chapa del estator y el rotor en cortocircuito de los motores asíncronos,
trifásicos.
Sin embargo, se instala en el paquete del estator un devanado principal de 2/3
del volumen del espacio del carrete (camuto) y un devanado auxiliar
desplazado en el tercio restante, uniendo teóricamente los devanados U1 - U2
y V1 - V2 Fig. 1a del motor asíncrono trifásico se obtiene el devanado principal
del motor asíncrono monofásico y significando el devanado VV1 – VV2 el
devanado auxiliar desplazado a 90 grados Fig. 1b.
Las nuevas caracterizaciones de conexión para el motor asíncrono monofásico
son, devanado principal U1 - U2 devanado auxiliar Z1 –Z2
3
El devanado auxiliar se requiere solamente para el arranque, el desfazamiento
necesario entre las corriente del devanado principal y auxiliar ha de ser en lo
posible de 90º lo que se logra conectando en serie el devanado auxiliar con
una resistencia homica o con una capacidad (condensador).
Después del arranque, se desconecta el devanado auxiliar por medio de un
interruptor manual, un interruptor regulado por el número de revoluciones o por
medio de un relé eléctrico.
Los motores sin devanado auxiliar se ponen en marcha con la ayuda exterior.
Los motores de inducción monofásica son aquellos motores que están
formados por un devanado auxiliar desplazado en su eje magnético y
conectado en paralelo con el devanado principal Fig. 2.
4.- Funcionamiento del motor Monofasico
Los campos alternos de dos bobinas desplazadas a 90º una de otras darán
lugar a un campo magnético giratorio cuando el desfase entre las dos
corrientes que circulan por ellas sea aproximadamente 90º
El sentido de giro del campo depende de los sentidos de las corrientes que
circulan por las bobinas. Es posible obtener campos giratorios de varios polos
con una corriente alterna monofásica
4
Para lograr la diferencia de fase entre los dos bobinado que están conectados
en paralelos, este se diseña de tal manera que ambos devanados tendrán su
resistencia ohmica y su reactancia diferente, tanto como sea posible.
La resistencia de un devanado es directamente proporcional al número de
espiras y que en cambio, su resistencia varía con el cuadrado de muchos
números tomando en cuenta esto se tendrá una idea más clara de lo que se
puede hacer.
Si el número de espiras en el devanado auxiliar se reduce, su reactancia, se
hace menor que la del devanado de trabajo y si se utiliza un conductor más
delgado se incrementa la resistencia de dicho devanado, con lo cual la
corriente en las dos ramas, se desfasa en un ángulo suficiente para obtener el
“par de arranque” necesario.
De hecho el “par de arranque” es proporcional al producto de la corriente de
cada rama por el seno del ángulo que forma los vectores correspondientes a
las dos corrientes y por la resistencia aparente del rotor, esto se expresa
matemáticamente por la siguiente ecuación:
A continuación representamos las corrientes entre ambos devanados a través
del diagrama vectorial Fig. 3.
5
Dichas corrientes se pueden representar en un diagrama descompuesto. Fig.
3.1
5.- Clasificación de motores monofasicos de inducción
5.1.- Motores de inducción monofásicos
5.1.1.-Motor monofásico sin devanado auxiliar. (propiamente dicho)
5.1.2.-Motor monofásico de fase partida. (fase dividida)
5 1 3.-Motor monofásico de fase partida con condensador de arranque.
5 1.4.-Motor monofásico de fase partida con condensador permanente.
5.1.5.-Motor monofásico con condensador de arranque y permanente (motores
de doble capacitor).
5.1.6.-Motor monofásico de fase partida con resistencia adicional.
5.2.- Motor monofásico de polos sombreado (motor de polos hendidos)
5.3.- Motor universal
5.4.- Motores monofásicos de repulsión
5.4.1 Motor de repulsión
5.4.2.- Motor de repulsión en el arranque y de inducción en el régimen.
5.4 3.-Motor de inducción repulsión.
5.1.1.-Motor monofásico sin devanado auxiliar
El motor monofásico sin devanado auxiliar posee un único devanado
monofásico. Cuando se le conecta a una tensión alterna aparece un campo
magnético alterno, que puede descomponerse en los campos giratorios que
giran en sentidos opuestos, sobre el rotor. Cuando el rotor está en reposo los
dos pares se compensaran mutuamente anulándose el efecto total ya que son
iguales y de sentidos contrarios.
Cuando externamente se impulse el rotor en un sentido cualquiera predominará
uno de los dos pares y el rotor continuara girando en el sentido
correspondiente.
5.1.2.-Motor monofásico de fase partida
Se diferencian de los motores trifásicos con rotor en jaula de ardilla en que sus
devanados estatóricos son diferentes. En los motores monofásicos con
devanado auxiliar se componen de dos devanados desplazados a 90º uno del
otro, el devanado principal y el auxiliar. Estos se diferencian según el método
de obtención del desfase entre las dos corrientes del devanado.
5. 1 .3.- Motor monofásico de fase partida con condensador de arranque
Sea visto que en caso del motor de fase partida, el diseñador dispone
realmente de un escaso margen en cuanto al ángulo de diferencia de fase, que
pueden obtenerse mediante las corrientes del devanado de trabajo y el auxiliar.
En cambio, si se coloca un capacitor en serie con este último devanado, es
6
posible incrementar dicho ángulo hasta casi 90°. Si se recuerda que el par de
arranque es proporcional al seno del ángulo comprendido entre las dos
corrientes y que el seno es de 30º (que es el valor angular máximo que puede
obtenerse) es de 0.5 y el seno de 90° es igual a 1, resulta claro que solo por
este concepto el par de arranque sería por lo menos del doble en un motor con
un capacitor de arranque.
Si examinamos el diagrama vectorial de las corrientes de dicho motor puede
observarse que la corriente de línea será mucho menor para el caso de la
máquina con capacitor de arranque de lo que sería en el motor de fase partida,
debido precisamente a que el ángulo de fase ( ) es mucho mayor. Esto
significa que para un mismo valor de línea, las corrientes del devanado auxiliar
y del devanado de trabajo pueden ser mayores, con lo cual se incrementa con
mayor magnitud, la magnitud del par de arranque.
Por tanto puede decirse que el motor con capacitor de arranque tiene el más
alto par de todos los tipos de motores monofásicos. Naturalmente que el
incremento en el par se obtiene a expensas de un costo extra, ya que por lo
general el capacitor de arranque debe tener una capacidad bastante elevada
(es frecuente encontrar valores de 400 uf o más) el cual requiere un
aislamiento adecuado para el voltaje que va estar sujeto, y que es mayor al de
la línea de alimentación por ello su costo resulta considerable. El tipo del
capacitor normalmente empleado es el electrolítico principal y especial para
corriente alterna (reversible). En aplicaciones como el impulso de compresores
en sistemas de aire acondicionado que trabajan con alta contrapresión, el
motor con capacitor de arranque, es la solución inmediata. fig. 4
El costo de un motor con condensador de arranque es un 40 a 50% más alto
que el de fase partida lo cual confirma que aquel capacitor solo debe utilizarse
cuando su elevado par de arranque es necesario en la práctica.
Diagrama vectorial de las corrientes de un capacitor con par de arranque.
Medios utilizados para la desconexión del devanado auxiliar en motores
monofásicos de fase partida con capacitor de arranque.
Interruptor centrifugo
Es uno de los tipos más utilizados para realizar la desconexión. Consiste en
dos partes básicas, una estacionaria y una rotatoria, la parte estacionaria
incluye los contactos de conexión y desconexión, la parte rotatoria está
montada en el rotor y hace operar los contactos al desplazarse axialmente
debido a la fuerza centrifuga ejercida por contrapesos montados cerca de su
periferia. Fig. 5
De esta forma cuando el rotor ha alcanzado por ejemplo el 80% de su
velocidad nominal los contrapesos se desplazan radialmente venciendo la
7
oposición de grandes resortes modificando la forma del disco en el que están
formado y haciendo que una pieza aislante (que ejerce presión para mantener
serrado los contactos) se deslicé axialmente. Esta última acción permite que
los contactos se habrán, este sistema es económico y confiable permite que el
motor sea una sola unidad, con dos terminales para su conexión a la red de
alimentación y no depende de la posición del motor para su funcionamiento.
Relevador del tipo de corriente
Existen ciertas aplicaciones ejemplo en compresores herméticos para
refrigeración, en las que no seria factibles tener un interruptor dentro deLmotor-compresor. En este caso se extraen las tres terminales del motor y se
instala un relevador (rele), electromagnético externo para desconectar el
bobinado de arranque.
La Fig. 6 nos muestra el relevador accionado por corriente.
Funcionamiento del relevador del tipo de corriente
Se tiene una bobina de control B en serie con el devanado de trabajo que
acciona un juego de contactos (cc) normalmente abiertos intercalados en el
circuito del devanado auxiliar cuando se aplica el voltaje de línea al devanado
de trabajo, la corriente de arranque que toma es elevada y el campo magnético
que se genera en la bobina B es lo bastante intenso para atraer el núcleo “n”
hacia arriba y cerrar los contactos cc alimentando así al devanado auxiliar.
8
Una vez que el motor se ha puesto en marcha, la corriente que toma &
devanado de trabajo será apenas 1/5 o 1/6 de la inicial y por lo tanto la fuerza
que ejerce la bobina B sobre el núcleo ‘n” ya no es capaz de retenerlo
levantado en la parte superior de modo que los contactos se abren al bajar el
núcleo.
Generalmente la bobina B actúa contra la gravedad, por lo que el relevador
debe instalarse en posición vertical aunque hay algunos diseños de rele que
mediante un resorte pueden operar en cualquier posición.
Interruptor de arranque de estado sólido
En años resientes se han desarrollado interruptores de tipo electrónico para el
arranque de motores monofásicos. El tipo más común consiste en un
dispositivo tipo TRIAC con un circuito de control que permite discriminar entre
las condiciones de arranque y marcha, como se representa esquemáticamente
en la Fig. 7.
Para evitar la posibilidad de resonancia debido a la carga inductiva que
representa el devanado auxiliar la capacidad del TRIAC se puentea con un
resistor de resistencia no lineal.
Este tipo de interruptor tiene la ventaja de que la adición de un segundo TRIAC
permite invertir el sentido de rotación del motor sin detener su marcha.
5.1 4.-Motor monofásico de fase partida con condensador permanente
Fig. 8
La principal ventaja de este tipo de motor consiste en que no requiere un
interruptor extra para cortar el devanado auxiliar ya que tanto este como el
9
capacitor permanente (cp) que esta en serie con el, permanecen en el circuito.
Otra ventaja es que con el se obtiene mejor factor potencial y por consiguiente
una reducción en la corriente de línea fig. 8.
Sin embargo como el condensador permanece conectado al circuito en todo
momento, ya no puede ser de tipo electrolítico, sino que debe emplearse un
capacitor impregnado de aceite, cuyo costo y volumen por uf (microfaradio) su
capacidad son bastante más elevados.
Por otra parte una vez que el motor arranca, la capacidad requerida en el
circuito auxiliar es mucho menor.
Por las razones expuestas la capacitancia en uf para un motor de este tipo es
mucho menor que en uno con capacitor de arranque (5 a 20 uf) en un intervalo
representativo, lo cual da una indicación que el par de arranque que puede
esperarse no es muy grande. El bajo par inicial inherente a este tipo de motor
limita por tanto su uso a aplicaciones como, ventiladores de aspas, o de tipo
turbina, cuyos requisitos de par en el arranque son relativamente bajos.
En los motores con capacitor permanente, los dos devanados pueden ser
iguales, con lo cual el motor puede hacerse girar en uno u otro sentido con un
sencillo cambio de conexiones como se muestra en las Fig. 9.a b
Otra ventaja del motor con capacitor permanente es que permite cierto control
de la velocidad mediante una variación del voltaje aplicado a sus terminales.
Este tipo de control es útil en ventiladores en los que el volumen de aire
manejado se puede variar de manera muy simple, esta variación de velocidad
obedece al hecho de que al ajustar el voltaje aplicado al motor se modifica la
intensidad del campo magnético y el par motor.
Para realizar la inversión de giro de estos motores se pueden realizar las
siguientes conexiones.
Motor monofásico de fase partida con condensador permanente de 2 o más
velocidades
La velocidad del ventilador puede variarse con un intervalo muy amplio. Una
forma muy simple de lograrla consiste en disponer derivaciones en el devanado
de trabajo del motor, con lo cual podrán obtenerse diferentes curvas de par
velocidad sin modificar el voltaje de alimentación según la fig. 10.
10
Identificación de velocidades por medio del código de colores:
Existen dos tipos de código, los más usados y comunes es el Americano y el
Japonés.
Código Americano: Algunos motores ventiladores traen 5 Fig. 11 o 6 Fig12
terminales.
Código con 6 terminales
Punto común — Blanco
Derivación del común — café-blanco
Negro — Primera velocidad
Azul — Segunda velocidad
Rojo - Tercera velocidad
Café — Arranque
11
Código Japonés Fig. 13
Azul-común
Amarillo- velocidad alta
Café- Velocidad media
Naranja –Velocidad baja
Rojo – Arranque
Normalmente traen 5 líneas
En este tipo de motor el condensador va conectado entre el azul y rojo llegando
la línea de alimentación en la línea azul.
12
Un inconveniente de este tipo de control de velocidad es el hecho de que la
velocidad obtenida depende de la carga, es decir si el motor opera en vacío, la
variación de velocidad obtenida por este método será prácticamente nula,
mientras que con una carga considerable la variación de velocidad podría
resultar excesiva.
5.1.5.-Motores monofásicos de fase partida con doble capacitor
La corriente de arranque que toma un motor con capacitor permanente es muy
baja, por lo que no afecta a las demás cargas conectadas al mismo circuito. En
contraste con lo que ocurre en el caso de los motores de fase partida con
capacitor de arranque, que produce una caída de voltaje considerable esto
puede ocasionar un parpadeo molesto a las lámparas conectadas en el circuito
y afectar a otras cargas alimentadas por el mismo circuito.
Parámetros que se utilizan para la comparación entre motores de la misma
potencia de igual número de polos con una frecuencia de 60 Hertz son: .. ..- .
- Par de arranque
- Par máximo
- Corriente de arranque
- Velocidad a plena carga
De lo cual podemos obtener la siguiente tabla de comparación con las
características de los motores monofasicos
En esta tabla se confirma que el motor con capacitor de arranque tiene el
mayor par de las tres máquinas mientras que el motor con capacitor
permanente desarrolla el menor par inicial con la corriente de arranque más
baja.
Por su parte el motor de fase partida, tiene el valor más alto de par máximo y la
mayor velocidad nominal. El motor de capacitor permanente tiene en cambio la
velocidad nominal más baja lo que indica que este motor presenta un tipo de
campo magnético débil.
De todo lo anterior podemos realizar una combinación de las características del
motor de capacitor permanente con la del motor de capacitor de arranque Fig.
14.
13
Utilizando un capacitor electrolítico de capacidad elevada para el arranque, el
cual se desconecta del circuito en el momento oportuno. De este modo se deja
solo un capacitor de baja capacitancia en serie con el devanado auxiliar.
5.1.6.-Motor monofásico de fase partida con Resistencia adicional
Cuando se conecta un resistor ohmico en serie con el devanado auxiliar
también aparece un desfase en las corrientes que circulan por el devanado
principal y por e! auxiliar este desfase es necesario para crear el campo
giratorio. En lugar de emplear una resistencia adicional puede fabricarse el
devanado auxiliar total o parcialmente con hilos resistivos, Fig. 15 en este caso
también es posible devanar de modo bifilar la parte resistiva del devanado. El
devanado auxiliar se desconecta después de la puesta en
5.2.- Motor monofásico de los polos sombreado (de polos hendidos)
Se conoce también como motor monofásico con rotor en cortocircuito con
devanado auxiliar en corto circuito acoplado inductivamente se emplea en
accionamientos pequeños con potencias de hasta aproximadamente 200w con
un rendimiento de 10 al 50% debido a la alta seguridad de servicio y bajos
costos de fabricación, el motor de polos hendidos se emplea como
accionamiento, para ventiladores tangenciales, soplador refrigerador,
tocadiscos conmutadores de programas y relojes. Fig. 16
Estructura:
El motor de polos hendidos consta al igual que los otros motores asíncronos ya
tratados de un rotor en cortocircuito.
El estator tiene comúnmente polos pronunciados. En los motores pequeños, el
rotor en cortocircuito y el devanado principal están alojados asimétricamente en
el paquete de chapas del estator.
El polo pronunciado está dividido por la ranura de polo hendido principal y polo
hendido.
14
En la ranura del polo hendido va alojada una bobina formada por una sola
espera en cortocircuito, cada polo hendido está conectado con el polo principal
opuesto por medio de un nervio de dispersión de alta saturación magnética.
Funcionamiento:
Actuando la tensión de la red y careciendo de corrientes las varillas del rotor, el
devanado principal produce un flujo en el polo principal y con grandes pérdidas
por dispersión otro flujo en el polo hendido.
En el devanado de polo hendido circula, según el principio de los
transformadores y debido a la dispersión magnética, una corriente desfasada
que también produce un flujo en el polo hendido. Los flujos forman, en el polo
hendido un flujo desfasado respecto al polo principal. El campo rotatorio elíptico
originado produce una rotación del rotor por el polo principal 1 - polo hendidos
1 - polo principal 2 - polo hendido 2.
Número de revoluciones:
El número de revoluciones es asíncrono respecto a la frecuencia de la red
cuando las varillas del rotor en cortocircuito son de aluminio o de cobre y
asíncrono, cuando las varillas sean de materiales magnéticamente duras.
Inversión de la dirección de rotación:
La inversión solamente es posible cambiando la estructura mecánica del motor
por ejemplo cambiando la placa de cojinete y volteando el rotor en
180grados
5.3. - Motor Universal
Puede funcionar tanto con corriente alterna como con corriente continua. Su
estator se compone de un paquete de chapas con dos polos salientes y de un
devanado excitador inductor, éste está conectado en serie y se compone de
unas pocas espiras de hilo grueso. El inducido es análogo a las demás
máquinas de corriente continua.
Los devanados están conectados en serie; el devanado excitador está dividido
en dos, uno conectado antes del inducido y otro después. De este modo se
consigue que las dos partes del devanado excitador actúen como bobinas
reactivas frente a las funciones de alta frecuencia que aparecen al conmutar.
Con ello se reduce fuertemente la propagación de las tensiones perturbadoras
a la red de alimentación, evitándose así las radios interferencia que se
producirían. Las máquinas universales no poseen devanado de polo de
conmutación ni devanado de compensación. Para conseguir que el
15
comportamiento de régimen del motor universal sea el mismo para trabajar en
C.C. o C.A. se utiliza otra conexión, en la cual el número de espiras del
devanado principal para la conexión en corriente continua es mayor que el
devanado para conexión en corriente alterna.
Este tipo de motores se emplea por ejemplo, para accionar herramientas
eléctricas y aparatos electrodomésticos.
Representación del motor universal de forma coherente. Fig. 17 a b
Partes del rotor bobinado:
Ranura del rotor, bobinado alojado en los terminales de tensión inducida al
rotor del rotor, el colector formado de delgas es donde va el rotor, 2 carbones y
porta escobillas para alimentar una tensión inducida al motor.
5.4.- MOTORES MONOFASICOS DE REPULSION
En este tipo de motor se divide por su sistema de arranque en tres variantes.
16
5.4.1.-Motor de repulsión propiamente dicho
Este motor consta de un estator cuyo bobinado es semejante al bobinado de
régimen de un motor de fase partida y de un rotor cuyo bobinado es semejante
al de un inducido de motor de corriente continua, en este tipo de motor las
escobillas están en permanente contacto con el colector (Fig. 18).
Características de funcionamiento
El par de arranque es muy elevado la velocidad varia considerablemente con la
carga (a mas carga menos velocidad), existe peligro de embalamiento con
cargas muy pequeñas por lo que estos motores deben emplearse con cargas
permanentemente acopladas al motor ejemplo trituradoras de café, trituradoras
domésticas.
La inversión de giro se realiza desplazando las escobillas a uno u otro lado de
la línea neutra con lo que el rotor girara en el mismo sentido que el movimiento
de las escobillas.
En los motores ya construidos existen dispositivos para invertir el sentido de
giro sin necesidad de desmontar las tapas, casi todo los motores se construyen
para funcionar a 2 tensiones, siendo la construcción más corriente la de 110v.
(Fig. 19 a y b).
Estos motores se construyen generalmente para 4 polos (algunos para 6 u 8
polos), y potencia comprendido entre 1/8 y 1/2 HP.
17
La velocidad podemos variarla de un 30 0 40% máximo, variando la escobillas
en la línea neutra hasta alcanzar un ángulo de 90º máximo en donde se pararía
el motor. Todo esto por medio del tornillo de regulación
5.4.2.- Motor de repulsión en arranque e inducción en régimen
Se le llama también motor de arranque por repulsión, tiene los mismos
elementos del motor de repulsión propiamente dicho excepto por un
mecanismo centrifugo que levanta las escobillas (Fig. 20).
El motor arranca por repulsión y cuando ha llegado a un 75% de su velocidad
de régimen, actúa el mecanismo centrífugo, cuya misión es poner las delgas
del colector en cortocircuito, quedando así el motor conectado en jaula de
ardilla, funcionando el motor como que se tratara de un motor de fase partida.
Características:
- Tiene elevado par de arranque
- A plena marcha actúa como un motor de inducción
- La velocidad es casi constante para todas las cargas, o sea parecida a un
motor shunt de corriente continua.
18
Estos motores se construyen normalmente para 4 polos y en potencias
comprendidas entre 1/8 y 3/4 H.P. se emplean en aplicaciones domésticas,
compresoras de aire, bombas de gasolina, quemadores de petróleo y aceite.
5.4.3.- Motor de inducción, repulsión
El rotor lleva 2 bobinas; uno de ello como un motor de repulsión provisto de
colector y escobillas y otro de jaula de ardilla situado bajo las ranuras donde se
sitúa el anterior (Fig. 21).
Características:
- Tiene un elevado par de arranque, debido a la acción conjunta de los
bobinados del rotor.
- Su velocidad es absolutamente constante para todas las cargas y además
regulable por desplazamiento de las escobillas, aunque el margen de
regulación no es tan amplio como en los motores de repulsión.
- Su funcionamiento es comparable al motor compound de corriente continua.
- Arranca como un motor de repulsión y durante el régimen normal de
Funcionamiento, actúan los dos bobinados del rotor por lo que no necesita
mecanismo centrífugo para cortocircuitar el bobinado rotorico.
19
EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN
I. Responda cada una de las siguientes preguntas.
1. Que son motores asíncronos monofasicos.
2. Explique el funcionamiento del motor monofasico
3. Como se clasifican los motores monofasicos de inducción
4- Explique el funcionamiento de los siguientes motores
Monofasico de fase partida con condensador de arranque
Monofasico de fase partida con condensador permanente
Monofasico de fase partida con doble capacitor
Monofasico de fase partida con resistencia adicional
5-. Cual es el funcionamiento del motor universal.
20
UNIDAD II DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS
1.- Cálculo y distribución de motores de fase partida
En principio, los bobinados de motores monofásicos podrían ser ejecutados en
cualquiera de los tipos estudiados para las máquinas de corriente alterna. Sin
embargo, en la práctica se construyen siempre del tipo concéntrico” por polos”
ya que así resultan las ventajas siguientes:
1.1- Ventajas
1a Ventaja:
Son de construcción sencilla y fácilmente adaptable a las exigencias del
cálculo. En este tipo de bobinado es necesario repartir el circuito eléctrico
estatórico de tal manera que el bobinado principal contenga la mayor parte del
mismo, mientras que el bobinado auxiliar quede con una pequeña parte. Esto
es lógico si se ha de tener en cuenta la función y tiempo de acción de cada
bobinado.
2ª ventaja
Se hace factible que los bobinados principal y auxiliar estén constituidos por
distintos números de espiras, y que sean diferentes las secciones de sus
conductores consiguiéndose así los valores convenientes para la resistencia y
reactancias de esos bobinados.
3a _Ventaja:
Si consigue un reparto uniforme y regular de las cabezas de las bobinas
alrededor de las cabezas frontales de la armadura, detalle importante en los
motores monofásicos, en los que siempre resulta escaso el espacio disponible.
De acuerdo con el principio del funcionamiento de los motores monofásicos, es
necesario que los bobinados principal y auxiliar se encuentren desfasados 90º,
siendo necesario determinar sus principios, aplicando la regla siguiente: Se
preparará un cuadro con solo dos columnas (una para cada fase o bobinado) y
tantas líneas como pares de polos tenga. Sobre dicho cuadro se anotarán
primeramente todas las ranuras de la columna de la izquierda que puedan ser
principios de la 1a fase o bobinado, para lo cual partiendo del 1 que será
colocado en el cuadrito superior izquierdo se va sumando sucesivamente y
hacia abajo el valor del paso de ciclo (Y360) expresado por la fórmula
Siguientes:
Y360 =K/P
1.2- Tipos bobinados de motores monofásicos
Estos son de dos tipos
a) Bobinado separado
b) Bobinado superpuesto:
a) Bobinado Separado:
En este tipo el bobinado auxiliar ocupa ranuras distintas a las ocupadas en el
bobinado principal, es decir que en ninguna ranura se encuentran conductores
que pertenezcan a los dos bobinados.
b) Bobinado Superpuesto:
En este tipo de bobinado algunas bobinas auxiliares van colocadas en ranuras
ocupadas parcialmente, por bobinas principales, con lo que se consigue
21
además de un mejor reparto de la masa del bobinado, mejores características
de funcionamiento del motor.
Por estas razones es la clase de bobinado mas usado en la actualidad por las
empresas diseñadores de motores monofásicos.
2.- Proceso de cálculo de un bobinado separado
2.1-Tecnología del proceso de cálculo
Normalmente, en esta clase de bobinados de motores monofásicos el bobinado
principal ocupa dos tercios de las ranuras, dejando el tercio .restante para que
sea ocupado por el bobinado auxiliar.
Pasos para el cálculo:
Primero se calcula el número de bobinas por grupo (u)
Segundo se calcula la amplitud de grupo que es igual al número de ranuras
que quedan vacías frente a cada polo (m)
Observaremos que “u’ y “m” son iguales, valor que deberá ser entero para que
sea posible la ejecución de este tipo de bobinado.
U = m = k/6p
Tercero para calcular el bobinado auxiliar se ha de tener en cuenta que este
ocupa un tercio de las ranuras, por lo que el número de bobinas por grupo
auxiliar será:
Valor que será la mitad de bobinas de los que tiene un grupo del bobinado
principal.
Cuarto se calcula la amplitud del grupo auxiliar que es igual al número de
ranuras ocupadas por el bobinado principal dividido por el número de polos
(m a).
22
2.2- Ejercicios de cálculo y distribución de bobinados monofásicos tipo
separados.
Ejemplo. 1:
Calcular el bobinado concéntrico monofásico de un motor de cuatro polos con
24 ranuras bobinado separado.
23
24
25
3.- Proceso de cálculo de un bobinado superpuesto
3.1- Tecnología para proceso de cálculo de un bobinado superpuesto
La disposición constructiva adoptada para los bobinados monofásicos
superpuestos varía mucho según los fabricantes.
En efecto tanto el número de bobinas por grupo (principal o auxiliar) como el
reparto de las espiras entre las distintas bobinas suelen ser muy diferentes de
uno a otro constructor dependiendo en definitiva del proyecto adoptado.
a) Para calcular un bobinado superpuesto se empieza adoptando el número de
bobinas por grupo principal U cuyo valor puede ser entero o entero + medio.
b) Luego con este valor podremos determinar el número de ranuras ocupadas
por el bobinado principal que será igual a:
Pasamos a calcular el auxiliar empezando por adoptar el número de bobinas
por grupo, correspondiente a este bobinado. A este fin se ha de tener en
cuenta que este valor depende del obtenido para la amplitud del grupo
principal. En efecto, si este es par el U aux ha de ser un número entero,
mientras que si esa amplitud m resulta impar el número de bobinas por grupo
auxiliar U aux ha de ser entero + medio es decir que las dos medias bobinas
exteriores de dos grupos consecutivos ocuparán la misma ranura.
e) Adoptando el número de bobinas por grupo auxiliar”Ua” un razonamiento
análogo al expuesto para calcular la amplitud de grupo principal nos permite
determinar la amplitud de grupo auxiliar, qué valdrá:
26
f) Luego se determinará la tabla de principios de bobinados calculando Y 360 y
Y90 respectivamente.
g) Realizar distribución.
Ejemplo 3:
Calcular el devanado de un motor monofásico tetra polar bobinado tipo
superpuesto de 24 ranuras.
a) Adoptamos el número de bobinas por grupo principal U el cual será U = 2.5
bobinas.
b) Determinamos el número de ranuras ocupadas por el bobinado principal.
K, trab = 2p x 2U / K trab = 4 x 2 x 2.5 = 20 ranuras
20 ranuras ocupadas por el devanado de trabajo.
c) Luego la amplitud “m”
27
28
Ejemplo 4:
Calcular el devanado de un motor monofásico tetrapolar. Bobinado tipo
superpuesto de 32 ranuras adoptando tanto para el devanado de trabajo y para
el auxiliar U = 3
29
4.- Calculo de bobinados de motores monofasicos de corriente alterna a
partir del hierro
4.1- Tecnología para el procedimiento de cálculo para motores
monofásicos de corriente alterna
Es esencialmente el mismo que se emplea para las máquinas eléctricas
rotatorias y en particular los motores trifásicos de inducción.
30
En los motores monofásicos con devanado de trabajo y auxiliar solo 2/3 de las
ranuras son ocupadas por el devanado de trabajo y el resto, por el devanado
de arranque. En este caso la potencia de salida de un motor monofásico es
solo el 50% de la potencia de un trifásico para un mismo volumen o D2xl es
decir del mismo tamaño.
Cuando la potencia viene expresada en H.P se puede obtener la potencia de
salida de la forma siguiente:
Para fines de cálculo tendremos presente las siguientes tablas y datos:
Tabla # 6. Valores típicos de eficiencia y factor de potencia
para motores monofásicos de inducción.
31
4.2.-Tecnología de Proceso para el cálculo del devanado del estator de un
motor monofásico de inducción.
1) Primeramente se puede decidir que tipo de bobinado monofásico se quiere
realizar; ya sea del tipo:
* Bobinado separado
* Bobinado superpuesto
2) Decidido ya el tipo de bobinado se calcula y se realiza la distribución.
3) Para determinar la potencia entregada por el núcleo se calcula como sigue:
De la ecuación
4) Se calcula el número de espiras del devanado de trabajo (No)
32
33
Para un devanado principal calculado y un rotor de características dadas es
importante diseñar un buen devanado de arranque, de tal forma que se
produzca el par requerido.
En los motores de fase partida es común que se use un conductor de sección
pequeña, es decir el conductor usado debe tener una sección de
aproximadamente el 25 al 50% de la sección usada en el devanado principal.
8) Distribución de las espiras de los bobinados.
Ejemplo 5:
Se tiene un estator de un motor monofásico de inducción datos K = 36; D 10.5
cm; L = 5.6 cm el cual se desea que trabaje a 127 y 220 v / 60Hz para 4 polos.
34
Determine la potencia que puede desarrollar el núcleo y devanados principal y
auxiliar
1- Determinamos el tipo de bobinado
Asumimos un bobinado tipo superpuesto el cual tiene los siguientes: que
trabaje a 127 y 220v / las características de sus placa.
2-. Calculamos y realizamos la distribución para un bobinado tipo superpuesto.
3) Determinamos la potencia entregada por el núcleo definiendo los siguientes
factores:
35
4) Número de espiras del bobinado de trabajo.
5) Intensidad de corriente del motor
6) Sección del conductor del bobinado de trabajo
- Tomando una densidad de 4 A/mm2 calculamos la sección del conductor
2.35ª
Según tabla de conductores magnéticos esta sección de O.5875mm2
corresponde a un calibre AWG
7) Número de espiras del bobinado de un arranque.
Para esto tomamos
7.1) Sección del conductor del bobinado de arranque
36
8) Distribución de las espiras
Bobinado de arranque
Ejemplo: 6
Se tiene un motor monofásico el cual posee su núcleo las siguientes
dimensiones y datos
HP =1.5 RPM= 1725 Di 10.l6cm K:36
a) Calcular la distribución del bobinado.
b) Número de espiras del conductor.
c) Calibre del conductor
1) Tipo de bobinado seleccionado:
Asumimos un bobinado concéntrico superpuesto
2) Cálculo y distribución.
37
3) Como conocemos la potencia por placa
HP 1.5
38
5) Comprobando la intensidad de la placa tenemos:
Los 926 Amp. es aproximadamente igual a los 10 Amp. de la placa del motor
para 220v.
6) Calcularnos sección del conductor del bobinado de trabajo tomando una
densidad de 6.5 A/mm2.
7) Número de espiras del bobinado de arranque:
8) Distribución e las espiras
39
5-.- Calculo de condensador de arranque para motores monofasicos
5.1-.- Verificación de condensadores
Los condensadores utilizados en los motores monofásicos para el arranque y
en los motores de aparatos electrodomésticos para eliminar el chisporroteo en
el colector, están expuestos a las siguientes averías:
a) Cortocircuito
b) Falta de capacidad
c) Contacto a masa
d) Circuito abierto o interrupciones.
a) Cortocircuito:
Para detectar el cortocircuito en un condensador para el arranque de motor
monofásico, procédase de la siguiente manera:
• Es posible descubrir el cortocircuito por medio de la lámpara de prueba,
conectada al condensador en serie a una fuente de corriente continua O. C.
de 110 V, si la lámpara enciende el condensador tendrá cortocircuito según
la Fig. 28.
•
Otra forma de comprobar si el condensador está en cortocircuito es la
siguiente:
Se desconecta el condensador del circuito del motor y se conecta a una red de
corriente alterna de 127 V, intercalando un fusible de 10 A Fig. 29. Si el fusible
se funde es que el condensador está cortocircuitado y debe sustituirse por otro
nuevo. Si el fusible no se funde, el condensador quedará cargado en algunos
segundos y se desconectará de la red. Finalizado el proceso de carga, no
deben tocarse los terminales del condensador, pues puede resultar peligroso
descargándolo según Fig. 30.
40
b) Falta de capacidad
No siempre que un condensador produce chispas al descargarlo, está en
buenas condiciones para ser usado en los motores. Puede ser que la
capacidad sea baja.
Para medir la capacidad de un condensador se requiere de un amperímetro y
un voltímetro.
Conectamos al amperímetro y el voltímetro en el condensador a una red de
110 V de C A., teniendo el cuidado de no olvidar intercalar un fusible.
El condensador debe permanecer conectado a una red, el tiempo mínimo
necesario pero suficiente para efectuar las lecturas. Si la corriente tiene una
frecuencia de 60 Hz la capacidad dcí condensador se obtiene de la siguiente
fórmula.
La capacidad así determinada en la Fig. 30 debe ser aproximadamente igual a
la marcada en el condensador. Si el valor obtenido es inferior a un 20% del
valor marcado, el condensador tiene insuficiente capacidad y ha de cambiarse
por otro nuevo.
c) Contacto a masa
Se utiliza la lámpara de prueba conectando uno de sus extremos a un Terminal
del condensador y el otro a la cubierta de aluminio.
41
Si la lámpara enciende existe contacto a masa y por lo tanto se debe
reemplazar el condensador por uno nuevo.
d) Circuito abierto o interrupciones:
Para verificar un condensador utilizamos un ohmímetro o un megohmetro,
desconectando del motor y procediendo a efectuar las mediciones siguientes:
* Condensador bueno
* Cortocircuito
* Circuito abierto
Condensador bueno Fig. 33
La- aguja se desplaza desde el cero hacia el infinito. Cuando más lento es su
movimiento mayor es la capacidad del condensador. El aislamiento es tanto
mejor en cuanto más cerca del infinito se estabilize la aguja.
42
Cortocircuito:
Cuando la aguja se desplaza desde el infinito hasta el cero, Fig. 34 quedando
fija en esa posición se considera que el condensador está en cortocircuito o
comúnmente denominado condensador ligado.
Circuito abierto:
La aguja marca inmediatamente el infinito, parando el movimiento aguja queda
en una posición indiferente, Fig. 35 de la manivela.
5.2-Tecnología para el - Cálculo de la capacidad a través de la corriente de
arranque
Para determinar la capacidad de un condensador de arranque en un motor
monofásico, esta se puede determinar a través de la siguiente fórmula:
Tomando en cuenta que esta fórmula es aplicable tanto a una frecuencia de la
red de 50 o 60 Herz (Hz). Tenemos:
- Simplificando la fórmula para 60 Hz tendríamos lo siguiente:
43
-
Ahora para 50 Hz tendríamos:
Es importante que para aplicar esta fórmula lo que se debe tomar en cuenta
es el valor de la intensidad de corriente instantánea que toma el devanado
de arranque al iniciar la marcha del motor.
La cual normalmente es 1/3 de la corriente de arranque normal, dicha
corriente se puede medir realizando un arranque directo del motor,
conectando un amperímetro en las líneas correspondientes al devanado de
arranque.
Donde:
MFD = Capacidad del capacitor en microfaradio
E = Tensión de la red de volts.
¡= Intensidad de corriente instantánea que toma el devanado de arranque.
10 6 = Un millón, para representar las unidades en micro.
2 pi =2x3.1416=6.28
En el caso de no tener un amperímetro utilizamos la siguiente tabla.
44
También podemos seleccionar la capacidad del condensador con la
siguiente tabla.
Ejemplo 7:
Se tiene un motor monofásico sin placa de característica, al cual se le
desea calcular su condensador de arranque. Realizándole un arranque
directo a dicho motor, se le toma la medida de la corriente de arranque del
bobinado auxiliar de 6 amperes en 115 y. por lo tanto:
45
Ejemplo 8:
Se tiene un motor monofásico de 11 5V/230V el cual en su placa
característica, tiene una potencia de 1 HP con una corriente de 11/5.5A.
Calcular su condensador de arranque, según mediciones la intensidad de
arranque para el bobinado auxiliar en 115V en 16 Amp.
Calculándose su capacidad tendríamos:
5.3.- Tecnología para el cálculo de la capacidad con cambio de voltaje
Cuando por razones de funcionamiento de un motor monofásico, se le
desea conectar, de una tensión menor a una tensión mayor o viceversa,
donde dicho motor ya tiene su condensador de arranque original, la
capacidad del nuevo condensador para el cambio de tensión se puede
determinar a través de la siguiente ecuación:
46
Ejemplo 9:
Se tiene un motor monofásico de 5 caballos de fuerza el cual es utilizado
para un compresor, la tensión de alimentación del motor es de 230v
utilizando un condensador original de 174 MF. A dicho motor se le
reconectó su bobinado para una tensión de 115V.
Calcular la capacidad del condensador para la nueva tensión del motor.
Datos
6.- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores
monofasicos
En el capítulo de motores monofásicos de fase partida con condensador
permanente hablamos que la capacidad requerida en el bobinado auxiliar es
mucho menor oscilando entre un rango de 5 a 20 MF normalmente.
Dadas las características de funcionamiento de dicho motor.
6.1- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores
monofasicos
A continuación exponemos el proceso para calcular el condensador
permanente necesario para un motor monofásico.
1°) Calculemos la potencia activa del motor o potencia consumida (P1)
2°) Calculamos la potencia reactiva del motor
3°) Calculamos la capacidad a través de la siguiente fórmula
47
Ejemplo 10:
Se tiene un motor monofásico de condensador permanente con los
siguientes datos de placa característica, al cual se le desea calcular la
capacidad del condensador permanente.
48
Ejemplo 11:
Se tiene un motor monofásico de condensador permanente con la placa
característica, al cual se le desea calcular la capacidad permanente.
Con los siguientes datos del condensador
7-.- Averías en los motores monofasicos de inducción
Las averías más frecuentes que pueden presentarse en los motores
monofásicos de inducción tenemos las siguientes:
7.1 Fusibles quemados
- Con el fusible fuera de circuito
- Con el fusible en el circuito.
Para localizar un posible fusible quemado fuera de circuito, se utiliza la
lámpara de prueba en serie Fig. 36. Si el hilo fusible no está roto, se cerrará
el circuito a través de este hilo y de la lámpara y ésta se encenderá; si por el
contrario, está roto, el circuito queda abierto y la lámpara no se enciende.
Para comprobar el estado de los fusibles sin sacarlos de la instalación,
puede emplearse una lámpara de prueba en derivación (figura 37). Con el
interruptor general cerrado y aplicando los terminales de prueba a la
entrada y salida del fusible, si éste se ha quemado, la lámpara se enciende;
si el fusible está en buenas condiciones, la lámpara permanece apagada.
También puede comprobarse el estado de un fusible por medio del
voltímetro de prueba. Fig. 38. Si el voltímetro marca la tensión entre fases,
el fusible está quemado; si el voltímetro no marca tensión, el fusible está en
buenas condiciones.
49
7.2- Cojinetes desgastados
Los cojinetes desgastados producen un descentramiento de la parte
giratoria del motor o rotor; como los entrehierros de todas las máquinas
eléctricas son muy pequeños, este descentramiento puede provocar el roce
mecánico del rotor con la parte fija o estator (figura 39). lo cual ocasiona el
deterioro de los bobinados. En los casos de roce entre rotor y estator, los
cojinetes desgastados pueden reconocerse por las marcas producidas por
el rotor al rozar sobre el hierro del estator.
Con los cojinetes desgastados, lo más probable es que el motor no funcione
y si lo hace será muy ruidosamente. Debe, por tanto, evitarse el roce entre
rotor y estator, y para ello, vigilar el juego del eje, sobre el cojinete; tal como
se expresa en la Fig 40, se intenta mover verticalmente el extremo libre del
eje, es decir, el del lado del accionamiento; si existe juego vertical, es decir,
si el eje se mueve verticalmente, es señal de que el cojinete o el mismo eje
están desgastados y hay que sustituir uno u otro.
En los cojinetes lisos debe comprobarse que el cojinete es estanco,
vigilando las tapas y los fieltros y cuero de cierre. Si el cierre no es eficaz, y
debido al fuerte efecto de aspiración de las correas, poleas y acoplamiento,
el aceite puede salir al exterior de la máquina, por lo que el cojinete se
quedará sin aceite y se agarrotará, provocando su desgaste.
Para extraer cojinetes de rodadura o de bolas, no debe emplearse nunca un
martillo sino dispositivos de extracción adecuados Fig. 41. Para su
extracción, debe aplicarse la presión en el sitio adecuado, señalado con
flechas en la Fig. 42, es decir, en el anillo interior fijado al eje y no en el
anillo exterior fijado a la tapa, ya que en este último caso, el cojinete puede
averiarse por sufrir esfuerzos inadmisibles.
Para comprobar el desgaste de los cojinetes de rodadura, se examinan los
aros exteriores del cojinete Fig. 43. El aro exterior (1) no debe girar en la
tapa y el aro interior (2) no debe girar en el eje de la máquina. Si el motor
tiene juego en los rodamientos, es necesario corregirlos con casquillos
adecuados o mejor todavía, montando un cojinete nuevo.
50
7.3- Tapas mal montadas
Cuando una tapa no se adapta bien la carcasa del motor, los cojinetes no
quedan alineados y no es posible hacer girar a mano el rotor, o por lo
menos, requiere gran esfuerzo el hacerlo. Se comprueba el buen ajuste de
una tapa por el sonido limpio que emite al golpearla ligeramente con un
mazo de madera. Cuando una tapa no se ajusta bien a la carcasa se aflojan
los tornillos de sujeción, se centra bien y se aprietan suavemente los
tornillos a la carcasa, ero poco a poco y simultáneamente. Al montar un
motor no debe apretarse nunca el primer tornillo, después el siguiente y así
sucesivamente; si se procediera de esta forma, el lado de la tapa opuesto a
los primeros tornillos que se han apretad. no quedaría bien ajustado a la
carcasa.
7.4- Eje torcido
Si después de comprobar eL buen montaje de las tapas resulta dificultoso
hacer el motor a mano, es casi seguro que el eje está torcido. Para
comprobar esta avería, se ha de desmontar el rotor y colocarlo entre los
puntos de un torno; se pone el torno en marcha y se observa fácilmente si el
eje gira centrado o descentrado.
Para reparar un eje descentrado, se monta entre los puntos de un torno y
con una palanca o un trozo de tubo, dispuesto bajo la parte curvada, se
endereza el eje poco a poco y con mucho cuidado. Este procedimiento
51
solamente debe emplearse para motores pequeños, ya que de otra forma,
podrían estropearse los puntos del torno.
- Cojinetes excesivamente apretados
Si los cojinetes están demasiado ajustados con el eje de la máquina,
resultará difícil hacer girar el motor a mano, por lo que este defecto se
puede localizar fácilmente. Lo mejor es rectificar los cojinetes para que el
eje ajuste debidamente; también puede recurrirse a pulir el eje con tela de
esmeril.
Debe tenerse en cuenta que no siempre son los cojinetes la causa del
agarrotamiento del eje; muchas veces, este defecto es debido a un montaje
defectuoso del motor, sobre todo de las tapas.
7.5- Sobrecargas
Se dice que un motor eléctrico está sobrecargado cuando absorbe una
corriente mayor que la nominal. La sobrecarga puede estar originada por
diferentes causas: por ejemplo, en un motor monofásico, la sobrecarga
puede resultar de que el aparato o máquina accionada necesite más
potencia mecánica que la que puede proporcionar el motor.
Un motor monofásico sobrecargado emitirá un zumbido prolongado y
finalmente, se parará para determinar si el motor trabaja sobrecargado, se
conecta en el circuito un amperímetro Fig. 44 y se observa si marca una
intensidad superior a la indicada en la placa de características del motor. Si
sucede así, es que el motor trabaja sobrecargado.
Algunos motores Fig. 45 llevan incorporado un relé térmico de protección
contra sobrecargas que consiste en un elemento bimetalico que al
calentarse por el paso de la corriente, hace que se separen las dos láminas
metálicas, desconectando automáticamente el motor de la red. Estas dos
láminas metálicas deben unirse por sí solas cuando el motor se ha enfriado
y cuando ha desaparecido la causa que motivó la sobrecarga. Los
contactos del relé térmico deberán examinarse minuciosamente, limpiarse y
sustituirse por otros nuevos en caso de desgaste excesivo.
Muchas veces sucede que la sobrecarga se debe a alguna parte del motor
que está sucia o rota. En tal caso, es fácil localizar la sobrecarga, soltando
la correa del motor y haciendo girar este último a mano. Si el giro no es
suave es porque algún elemento del motor (eje, bobinado, etc.) está sucio o
estropeado.
52
7.6- Interrupción en el bobinado de régimen
Las causas principales de las interrupciones en el bobinado principal o de
régimen son las siguientes:
- Conexión sucia o floja
- Hilo roto
Para comprobar si el bobinado de régimen está interrumpido, se utilizará la
lámpara de prueba en serie, poniendo sus terminales de prueba en contacto
con los extremos del bobinado Fig. 46. Si la lámpara se enciende, el circuito
está en buen estado y no existen interrupciones; si la lámpara no se
enciende, el circuito está interrumpido por algún sitio Fig. 47. Ahora hay que
averiguar en cuál de los polos está la bobina interrumpida.
Para ello Fig. 48, se pone un Terminal de prueba de la lámpara en contacto
con un extremo del bobinado y el otro Terminal con la salida de cada uno de
los polos (numerados 1, 2, 3 y 4 en la figura).
S la lámpara no se enciende, al estar el segundo Terminal en contacto con
el polo 1, la primera bobina será la averiada; si e enciende la lámpara
estando su Terminal en el polo 1, pero no se enciende al estar en contacto
con el polo 2, la segunda bobina será la defectuosa y a-sí sucesivamente.
7.7- Interrupción en el bobinado de arranque
Las principales causas de interrupciones en el bobinado de arranque son
las siguientes:
- Conexión sucia o floja.
- Hilo roto
- Interruptor centrifugo averiado.
En el bobinado de arranque resulta bastante difícil localizar una interrupción
que en el bobinado de régimen, debido a que el circuito de dicho bobinado
comprende, además, el interruptor centrífugo que es, precisamente, una de
las causas más frecuentes de la avería que estamos estudiando debido a
que, con el continuo uso, las piezas que componen dicho interruptor se
desgastan y ensucian o también a que la presión de la parte giratoria del
interruptor sobre la parte fija es insuficiente para que se cierran los
contactos.
53
La posible interrupción en el bobinado de arranque puede investigarse de
acuerdo con uno de los procedimientos que se explican a continuación:
• El primer procedimiento consiste en conectar el motor a la red y comprobar si
emite un zumbido continuo; si sucede de esta manera, es que hay una
interrupción en el bobinado de arranque.
• Otro procedimiento consiste en hacer girar el rotor a mano, lo que puede
realizarse arrollando un cordel en el extremo libre del eje y tirando del extremo
de aquél con fuerza Fig. 49. Una vez iniciado el giro del motor, se conecta éste
a la red y si continúa funcionando será señal de que la avería está en el circuito
del bobinado de arranque.
• También se pueden investigar las interrupciones en el bobinado de arranque
por medio de la lámpara de prueba en serie. Fig. 50. Para localizar una
interrupción si el bobinado de arranque está conectado al interruptor centrífugo
y el motor está desmontado, se puede proceder de la siguiente forma: se
conectan los terminales de prueba a la lámpara en los dos extremos del
bobinado de arranque; mientras no se unan los dos contactos del interruptor
centrífugo, la lámpara ha de permanecer apagada.
Pero si al cerrarse estos contactos tampoco se enciende la lámpara de prueba,
es que existe una interrupción en el interruptor centrífugo o en el bobinado de
arranque. Para localizar esta interrupción, se ensaya separadamente el
bobinado de arranque, utilizando la lámpara de prueba y si el bobinado está en
buenas condiciones, la interrupción debe buscarse en e! interruptor centrífugo,
que se habrá de desmontar y limpiar, graduando además la presión de la parte
fija sobre la parte giratoria.
Si se ha de localizar la interrupción con el motor montado, se conectarán los
terminales de la lámpara de prueba al circuito del bobinado de arranque. Si el
motor está en perfectas condiciones en lo que a este bobinado se refiere, la
lámpara deberá encenderse; si continúa apagada, (lo más probable es que los
contactos del interruptor centrífugo no estén bien cerrados. En tal caso, se
empuja el eje del motor en sentido longitudinal, con lo que se conseguirá que
se cierren los contactos del interruptor: este defecto puede corregirse
colocando arandelas de fibra, para que el eje se mantenga en la posición
conveniente. Si con esta prueba, se demuestra que el interruptor centrífugo no
es la causa de la interrupción, y que la avería está en el bobinado de arranque,
entonces debe ensayar tal como se ha explicado para el bobinado de régimen.
54
7.8- Contactos a masa de los bobinados
Ya sabemos que hay contacto a masa cuando existe contacto eléctrico entre
algún punto del bobinado y la masa metálica del motor. Esta avería puede
presentarse por diversas causas; en los motores monofásicos de inducción, las
causas más frecuentes son las siguientes:
- Posibilidad de que los pernos de sujeción de las tapas lleguen a tocar el
bobinado.
- Contacto de los conductores del bobinado con las aristas de las cabezas de
las ranuras.
- Contacto del interruptor centrífugo con la carcasa.
Estos contactos no se perciben fácilmente en condiciones aparentemente
normales del motor; sin embargo, los contactos con masa equivalen ya a un
cortocircuito que pueda llegar a quemar los fusibles o hacer que se recaliente el
bobinado, según la importancia de la avería.
Para averiguar si en un bobinado hay un contacto a masa, se emplea
generalmente la lámpara de prueba en serie; un terminal de prueba se pone en
contacto con el extremo del bobinado y el otro terminal de prueba con el núcleo
del estator Fig. 51. Si la lámpara se enciende, es que existe algún contacto con
la masa.
Cuando estemos bien seguros de que existe este contacto, se intentará
descubrir a simple vista, o sea examinando detenidamente el bobinado, para
ver si algún conductor desnudo toca al núcleo.
Si para la localización del contacto a masa no fuera suficiente el procedimiento
anterior, habría que deshacer los empalmes entre los polos Fig. 52 y ensayar
los bobinados de cada uno de éstos. Una vez localizado el polo con contacto a
masa, se deshacen los terminales de las bobinas de cada polo Fig. 53, hasta
encontrar la bobina averiada que deberá sustituirse por una bobina nueva o
renovar su aislamiento, según la importancia que tenga el contacto a masa.
55
7.9- Bobinados quemados o en cortocircuito
Los cortocircuitos pueden presentarse debido a diferentes causas. Por ejemplo,
en el bobinado de un motor nuevo puede presentar un cortocircuito si al alojar
las bobinas del bobinado en sus correspondientes ranuras, se empujan los
conductores entre sí con demasiada presión. También se presenta cortocircuito
si, debido a una sobrecarga, los bobinados se calientan demasiado, con lo que
se queman los aislamientos que recubren los hilos de los bobinados y estos
hilos quedan al descubierto. Generalmente, cabe sospechar que existe
cortocircuito cuando el bobinado se recalienta estando el motor en marcha o
cuando el motor funcionando en vacío, absorbe una corriente cuya intensidad
tiene un valor exagerado.
Casi siempre, esta avería causa la rotura de los fusibles al conectar el motor a
la red. Si los fusibles no se queman se recalentarán los bobinados del motor,
tal como se ha dicho anteriormente.
56
En los motores monofásicos de inducción existen varios procedimientos para
localizar bobinas en cortocircuito, de los que reseñaremos los siguientes:
• Localización al tacto. Se pone en marcha el motor, se le deja funcionando
durante algún tiempo y se comprueba al tacto la bobina más caliente; en esta
bobina estará localizado casi siempre el cortocircuito. • Prueba de la caída de tensión. Se conecta el bobinado a una fuente de
corriente continua de baja tensión, se monta un voltímetro entre los extremos
de uno de los polos, y se efectúa la lectura de tensión. La misma operación se
realiza con los demás polos. El polo al que corresponde menor caída de
tensión o sea menor lectura en el voltímetro, será el que contiene la bobina en
cortocircuito (fig. 54).
• Prueba del zumbador. Con las tapas desmontadas se dispone el zumbador en
el interior del estator y se va pasando de una a otra ranura. Una bobina en
cortocircuito se reconocerá en seguida por las rápidas vibraciones de una hoja
de sierra dispuesta en el otro extremo de la bobina Fig. 55.
• Prueba de la corriente absorbida. Este procedimiento se adopta solamente
cuando el motor puede funcionar en vacío, o sea sin carga. Le intercala un
amperímetro en serie con uno de los hilos de la línea y si la corriente que
marca es superior a la que indica la placa de características del motor, es que
el bobinado tiene alguna bobina en cortocircuito Fig. 56
En todos los casos desmontar el motor y sustituir el bobinado quemado por otro
nuevo.
Si, a consecuencia del cortocircuito, solamente se ha quemado el bobinado de
arranque, bastará con sustituir éste, pero antes de montarlo convendrá
comprobar si el bobinado de régimen está en buenas condiciones de
funcionamiento.
57
7.10- Barras de rotor flojas
En los motores monofásicos de inducción, las barras que constituyen el
bobinado rotórico se ponen en cortocircuito, uniéndolas por sus extremos
mediante dos aros de cobre o de aluminio, según sea el material constituyente
de las barras. Si una o varias de estas barras se aflojan Fig. 57 y no hacen
buen contacto con los aros frontales de sujeción el motor no puede marchar
con normalidad e incluso, en algunos casos no gira.
Las señales características de esta avería son las siguientes:
- Ruido del motor al girar
- Escasa potencia desarrollada.
- Continuo chispeo entre barras y aros frontales.
La localización de esta avería se realiza mediante el zumbador y la hoja de
sierra Fig. 58; la hoja de sierra vibra cuando está situada sobre las barras no
averiadas. En algunos casos también puede localizarse esta avería por simple
inspección manual.
La solución a esta avería es afianzar nuevamente la soldadura de las barras
flojas sobre los anillos frontales de sujeción.
58
7.11- Inversión de polaridad en los bobinados
Si los polos se han conectado equivocadamente, el motor girará muy
lentamente o no girará, si el motor marcha, lo hará acompañado de un ruido
característico.
Para la determinación de la polaridad puede utilizarse el procedimiento de la
brújula Fig. 59. Se dispone el estator en posición horizontal y se conecta el
bobinado a una fuente de corriente continua de baja tensión (por ejemplo, una
batería de 12 y). La brújula se sitúa en el interior del estator y se mueve
lentamente de un polo a otro. Si el bobinado está bien conectado, se invertirá el
sentido de la aguja de la brújula al pasar de un polo a otro, tal como puede
apreciarse en la figura. Si dos polos adyacentes atraen el mismo extremo de la
aguja magnética, es que hay inversión de la polaridad, o sea que las
conexiones de un polo están equivocadas.
Cuando solamente hay un polo mal conectado, se permutan los terminales al
polo; pero si hay varios polos con la polaridad invertida, habrá que tener en
cuenta las conexiones representadas en la Fig. 60.
59
8-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de
fase partida
8.1 Al cerrar el interruptor, el motor no arranca
Fig 61
Fusibles quemados
Cojinetes desgastados
Sobrecarga
Interrupción en el bobinado de régimen
Interrupción en el bobinado de arranque
Bobinado con contactos a masa
Bobinado quemado o cortocircuito
Tapas mal montadas
Eje torcido
Cojinetes muy apretados
60
8.2-Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la
normal
Fig 62
1. Bobinado en cortocircuito
2. Inversión de polaridad en los bobinados
3. Cojinetes desgastados
4. Barras del motor flojas
5. Sobrecarga
61
8.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta
excesivamente
Fig 63
1. Bobinado en cortocircuito
2. Bobinado con contactos a masa
3. Cojinetes desgastados
4. Sobrecarga
5. Barras del rotor flojas
62
8.4- Al cerrar el interruptor. el motor marcha con mucho ruido
1. Bobinado en cortocircuito
2. Inversión de polaridad en ¡os bobinados
3. Barras del rotor flojas
4. Cojinetes desgastados
5. Interrupción en el bobinado de arranque Fig. 64
63
9-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de
condensador
A continuación, se reseñan los casos más frecuentes de funcionamiento
defectuoso que se presentan en los motores monofásicos de inducción de
condensador y sus posibles causas, citando éstas por orden de mayor a menor
probabilidad. Por lo tanto, para la localización de las averías, se comprobará
primero si la causa es la indicada en el apartado A, después en el apartado B y
así sucesivamente.
.
9.1- Al cerrar el interruptor, el motor no arranca
Fig. 65
1. Condensador defectuoso
2. Fusible quemados
3. Cojinetes desgastados
4. Sobrecarga
5. Interrupción en el bobinado de régimen
6. Interrupción en el bobinado de arranque Bobinado con contactos a masa
8. Bobinado quemado o cortocircuito
64
9. Tapas mal montadas
10. Eje torcido
11. Cojinetes muy apretados
9.2- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta
excesivamente
Fig. 66
1. Condensador defectuoso
2. Bobinados en cortocircuito
3. Bobinado con contactos a masa
4. Cojinetes desgastados
5. Sobrecarga
6. Barras del rotor flojas
65
9.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la
normal
Fig. 67
1. Condensador defectuoso
2. Bobinado en cortocircuito
3. Inversión de polaridad en los bobinados
4. Cojinetes desgastados
5. Barras de rotor flojas
6. Sobrecarga
66
9.4- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con mucho ruido
Fig. 68
1. Condensador defectuoso
2. Bobinado en cortocircuito
3. Inversión de la polaridad en ¡os bobinados
4. Barras del rotor flojas
5. Cojinetes desgastados
6. Interrupción en el bobinado de arranque
67
68
EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN
I. Responda cada una de las siguientes preguntas.
1. Explique el proceso de cálculo de un bobinado separado.
2. Explique el proceso de cálculo un bobinado superpuesto
3. Explique el proceso de cálculo de un bobinado del estator de un motor
monofasico de inducción
4. Explique el proceso de cálculo de la capacidad a través de la corriente
de arranque
5. Explique el proceso de cálculo de la capacidad con cambio de voltaje
6. Explique el proceso de cálculo
motores monofasicos
de la capacidad permanente para
7. Cuales son las principales averías en los motores monofasicos de
inducción
8. Explique el funcionamiento defectuoso de los motores monofasicos de
fase partida
9. Explique el funcionamiento defectuoso de los motores monofasicos de
condensador
69
GLOSARIO
Motor de inducción o asíncronos monofásico
Motores monofásicos que poseen un rotor del tipo jaula de ardilla (o rotor con
espiras en corto circuito).
Los campos alternos
Es cuando una de otras darán lugar a un campo magnético giratorio cuando el
desfase entre las dos corrientes que circulan por ellas sea aproximadamente
90º
Motor monofásico de fase partida
Son los motores monofásicos con devanado auxiliar se componen de dos
devanados desplazados a 90º uno del otro, el devanado principal y el auxiliar.
Estos se diferencian según el método de obtención del desfase entre las dos
corrientes del devanado.
Interruptor centrifugo
Consiste en dos partes básicas, una estacionaria y una rotatoria, la parte
estacionaria incluye los contactos de conexión y desconexión, la parte rotatoria
está montada en el rotor y hace operar los contactos al desplazarse axialmente
debido a la fuerza centrifuga ejercida por contrapesos montados cerca de su
periferia.
Motor de repulsión
Este motor consta de un estator cuyo bobinado es semejante al bobinado de
régimen de un motor de fase partida y de un rotor cuyo bobinado es semejante
al de un inducido de motor de corriente continua
Devanar
Operación técnica que consiste en efectuar arrollamientos de alambres en
diferentes planos para la producción de energía eléctrica
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BIBLIOGRAFÍA
•
Electrotecnia curso elemental libro GTZ. H.Hubscher, J. Klaue W. Pfluger, S
Appelt
•
Fundamentos de electricidad, Mileaf Harry.
•
Rebobinado de motores y transformadores , Kart Wilkinson
•
Tecnología Eléctrica 2 Ricardo Casado
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