CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación Tema 20

CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Desarrollo del tema:
1. Clasificación de las máquinas eléctricas.
2. Motores de corriente continua : descripción y funcionamiento.
3. Motores de corriente continua: La excitación y f.e.m. inducida
4. La reacción del inducido y fenómeno de conmutación.
5. El esquema eléctrico y balance de potencia .
6. Curvas características y regulación de la velocidad.
7. Arranque, inversión y frenado.
8.Motores asíncronos:
funcionamiento.
Descripción
física
9. Balance de potencias y curvas características.
10. Arranque y regulación de la velocidad.
11. Los motores asíncronos monofásicos.
1-Los Motores Eléctricos
y
principio
de
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
1. Clasificación de las máquinas eléctricas.
Las máquinas eléctricas rotativas se clasifican en dos grandes grupos:
1. Máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna.
2. Máquinas eléctricas rotativas de corriente continua.
Las máquinas de corriente alterna, se clasifican en:
a. Máquinas asíncronas, si la excitación se realiza mediante la corriente alterna.
b. Máquinas síncronas, si la excitación se realiza mediante corriente continua.
Un generador eléctrico transforma la energía mecánica en energía eléctrica, trabaja como
máquina síncrona. Un motor transforma la energía eléctrica en energía mecánica, trabaja como
máquina asíncrona.
Las máquinas de corriente continua pueden funcionar como motores o como generadores
(dinamos).
2-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
2. Motores de corriente continua : descripción y funcionamiento.
Un motor de corriente continua se pueden considerar los siguientes apartados:
El estátor. Está formado por el devanado inductor o de excitación es el encargado de generar
y conducir el campo magnético de excitación. Se encuentra formado por un anillo de
material ferromagnético denominado culata, en donde se invaginan una serie de elementos
en número par, de forma simétrica, que se denominan polos. Estos soportes permiten
devanar alrededor de ellos una serie de bobinas para originar polos N-S-N-S... al circular por
las bobinas corriente continua.
Existen dos ejes longitudinales y dos ejes transversales , formando entre sí ángulos de 90º .
En los ejes transversales se insertan los polos auxiliares o de conmutación.
El rotor. Está formado por una pieza cilíndrica ranurada formada por una serie de chapas de
material ferromagnético, fabricado de acero con algo e Silicio para disminuir las pérdidas.
En las ranuras del rotor se aloja el devanado inducido de la máquina, constituido por
bobinas de hilo de cobre o bien pletina de cobre . El devanado se cierra sobre si mismo y se
contacta con las delgas del colector.
El colector de delgas. Está formado por un anillo colocado axiálmente sobre el rotor y que
está formado por un número par de sectores de cobre, llamados delgas, entre los cuales se
intercala una lámina de mica. El número de delgas es semejante al número de devanados, de
tal forma que una bobina arranca en una delga y termina en la siguiente.
El portaescobillas y las escobillas. Permiten la conexión estática con el rotor mediante unas
escobillas de grafito y un portaescobillas metálico donde interacciona eléctricamente.
Aunque se utiliza corriente alterna, cuando sale del colector, la corriente eléctrica es
continua, es decir, actúa como si fuera un sistema rectificador.
3-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Los elementos mecánicos de cobertura, como es la carcasa y los sistemas de rodamientos o
cojinetes.
Las escobillas pueden estar fabricados de los siguientes elementos:
Una vez descrita las partes fundamentales de un motor eléctrico, se estudia su
funcionamiento.
Para explicar el funcionamiento de un motor eléctrico, se debe de usar las fuerzas que
aparecen entre las corrientes eléctricas y los campos magnéticos:
F = I . ( L x B)
Si una espira, que se encuentra en el interior de un campo magnético, originado por un
magneto o por un electroimán, se le hace llegar una corriente eléctrica, de intensidad I, se originará
un momento, que provocará un giro alrededor del eje:
M = I ( S x B ) , originando un motor , cuyo eje girará a una velocidad
constante, en el caso de que el par de rozamiento se equilibre con el elctromagnético. En todo caso
el momento M no es constante, ya que su módulo será igual a M = I S B sen φ , siendo φ, el ángulo
que forma el campo con la superficie; una semionda será positivo, y la otra semionda será negativo.
4-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Cuando el eje de la espira, se le acopla el eje de un motor, al girar, se originará en ella una
fuerza electromotriz inducida:
ξ =-
d  magnético
dt
=-
B S d cos 
= B S ω sen φ = L (v x B )
dt
Debido a la disposición del colector y de las escobillas, la corriente de salida será rectificada
S in desfase
En el siguiente esquema se puede apreciar la reversibilidad del proceso Motor
generador
M
Delgas
3. Motores de corriente continua: La excitación y f.e.m. inducida
En las máquinas de corriente eléctrica existen dos devanados:
5-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
a. El devanado inductor o excitador , que se encarga de producir el campo magnético B
b. El devanado inducido, en donde se genera la fuerza electromotriz inducida(cuando la
máquina actúa como generador) o el par motor , cuando la máquina actúa como motor.
Para que trabaje como motor, los dos devanados o carretes han de conectarse a una fuente de
alimentación de corriente continua (DC).
La conexión se puede realizar de varias formas:
a. Conexión en derivación.- Los dos devanados se conectan en paralelo a una fuente de
DC. En ocasiones, en lugar de conectarse los dos devanados a la misma fuente de alimentación, se
pueden conectar a una fuente de alimentación diferente . Recibe el nombre de excitación
independiente.
b. En serie.- Cuando los dos devanados se conectan uno a continuación del otro a una red de
corriente continua.
6-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
c. Compuesta.- Cunando el devanado inductor se divide en dos, uno en serie con el
inducido y el otro en paralelo. En este caso existe la excitación compuesta corta, cuando el número
de espiras del devanado inducido que se conecta en serie con el inductor, es pequeño con sección
ancha, en tanto que el que se conecta en paralelo, estará formado por un devanado de sección
pequeña con un gran número de espiras.
En la excitación compuesta larga, la parte del devanado del inductor colocado en serie con
el inducido, circulará la misma corriente que por el devanado inductor; En la excitación compuesta
corta, por la parte del devanado de excitación en serie con el inducido, circula la corriente total
demandada por el motor en la línea de DC.
Una máquina eléctrica, si actúa como generador, originará una fuerza electromotriz, que será
igual a:
ξ = L ( vxB) =LvB
B=

=
S

2 L R
p
ξ = L.2.π.R.
;; v = 2 π R
n
.
60

2 L R =
p
n
60
;;
p
n . Φ ; n es la velocidad de
60
rotación del inducido en r.p.m.
p , es el número de pares de polos.
ξ = C1 . n . Φ
La fuerza electromotriz en el devanado inducido de una máquina de corriente
continua es proporcional a la velocidad de giro y el flujo magnético por polo. La constante de
proporcionalidad C1, depende de las características propias del motor.
7-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Si la máquina eléctrica se comporta como un motor:
F = I ( L x B) = I . L . B = L . I .
M = R x F ;; M =

2 L R =
p
p
.Φ.I
2 . . R
p
. Φ . I = C2 . Φ . I
2 .
La expresión anterior, establece que el par electromagnético en una máquina de corriente
continua, es proporcional al flujo magnético por polo y a la corriente que circula por el devanado
inducido.
4. La reacción del inducido y fenómeno de conmutación.
La formación del campo magnético en el interior de una máquina de DC, se debe al
devanado inductor. El eje longitudinal atraviesa los polos magnéticos, y el transversal que es
perpendicular a la longitudinal . En el eje transversal, los vectores inducción y la velocidad se
encuentran en direcciones paralelas. En esos conductores no se inducen f.e.m. Este eje transversal
se denomina línea neutra y es la zona donde se sitúan las escobillas. Haciendo contacto con el
colector de delgas . El contacto se realiza en las escobillas por las delgas donde no se producen
f.e.m., por lo tanto no circulará corriente.
Este fenómeno se produce cuando la máquina se encuentra sin carga ( el inductor no se
mueve). Cuando funciona a carga el inducido, por éste devanado, pasará una corriente eléctrica que
originará un flujo magnético inducido:
Cuando circula una corriente continua, tanto por el devanado inductor como por el inducido,
y ambos devanados intervienen en la generación de un campo magnético existente en el entrehierro
de la máquina . El campo magnético creado por el inducido provoca debilitamiento en unas de las
zonas de los polos magnéticos y un reforzamiento en la zona opuesta ; por lo tanto, el flujo
magnético útil por polo disminuye y explica por qué la f.e.m. inducida en el generador en carga, sea
menor que cuando funciona a vacío .
La superposición de los dos campos magnéticos provoca que la línea neutra magnética se
8-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
desplace de su posición teórica ( línea neutra geométrica) . Para que la conmutación de una delga a
otra se realice de forma óptima es preciso decalar ( desplazar) las escobillas un cierto ángulo en el
sentido del movimiento del inducido, cuando la máquina actúe como generador y en sentido
contrario, cuando la máquina funcione como motor.
5. El esquema eléctrico y balance de potencia .
Cuando una máquina eléctrica se conecta a una fuente de alimentación externa y se
encuentra estabilizada, es decir que sus magnitudes permanecen constantes. Los devanados
excitador e inducido se pueden considerar equivalentes a dos resistencias Re y R i
ξ = C1 . n . Φ
En el caso que la máquina funcione como motor , la tensión generada por el
devanado inducido ( se comporta como elemento pasivo) tiene sentido opuesto a la corriente que
circula por el inducido. Si la máquina funciona como generador, el sentido de la tensión es el mismo
que el de la corriente que circula por dicho devanado ( en este caso es un elemento activo generador
de corriente eléctrica).
El devanado inducido se conecta a una línea de corriente continua de valor ξb , cuando la
máquina funciona como generador, cumple :
ξ = ξb + R i . Ii
Si trabaja como motor :
ξb = ξ + R i Ii
Si el devanado inductor se conecta a la misma red, de corriente continua ( excitación
derivación), se verifica :
9-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
ξb = Re Ie ; multiplicando por Ie , se obtiene : ξb . Ie= Re Ie2
Multiplicando por Ii y sumando la ecuación anterior, se obtiene.
I i ξb = ξ . Ii+ R i Ii2 ;;;;
ξb . Ie + I i ξb = ξ . Ii+ R i Ii2 + Re Ie2
El primer miembro representa la potencia eléctrica absorbida por por el motor de la red de
corriente continua. Los otros miembros representan:
Re Ie2 . Son las pérdidas del devanado de excitación por el efecto Joule.
R i Ii2 . Son las pérdidas del devanado inducido por el efecto Joule.
ξ . Ii . Es la potencia eléctrica que se transforma en energía mecánica.
A esta potencia transformada en energía mecánica, se debe de restar las pérdidas de energía
por las corrientes de Foucault, originadas en el material ferromagnético del hierro y las pérdidas
mecánicas debidas al rozamiento. Por lo que la potencia mecánica útil es inferior.
En el siguiente gráfico se representa el balance porcentual de las potencias implicadas en el
funcionamiento de un motor de DC:
6. Curvas características y regulación de la velocidad.
Las curvas características son las siguientes:
Curva característica de la velocidad.- n = f (Ii) ; relaciona la velocidad de giro frente a la
corriente del inducido (rotor). Representación 1
10-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Curva característica del par .- M = f (Ii ) . Repr3esenta el par en función de la intensidad
del rotor. Representación 2
Característica mecánica del motor .- M = f (n) o la función inversa n = f(M) . Representa
el par en función de la velocidad o viceversa. Se deducen a partir de las dos anteriores. Las
características de una máquina de DC, dependen del tipo de excitación. Representación 3
El motor de excitación en derivación.
La tensión de los bornes del devanado de excitación (inductor) es constante y por lo tanto
será constante también la corriente de excitación:
b
. Si la reacción del inducido es nula, gracias al devanado
Rb
de conmutación, el flujo magnético del entrehierro también lo será . La f.c.e.m. Del inducido será:
Ie =
ε = C1 . n . Φ ;; εb = ε + Ri Ii ;; la curva de la velocidad será:
1
( ε b - R i Ii )
C 1. 
La representación es una línea recta con pendiente negativa, su representación será la curva 1; el
valor de velocidad de giro en vacío (el valor de la ordenada en el origen)será :
b
n0 =
C 1. 
n=
A plena carga, la velocidad de giro es del 2 al 8 % inferior a la del vacío. Prácticamente la
velocidad no varía nada con relación a la Ii . Este tipo de motor se le conoce como autorregulador de
la velocidad . Se aplican en las máquinas herramientas en donde es necesario que la velocidad sea
constante.
Cuando la reacción del inducido posee un valor apreciable, el flujo útil disminuye cuando la
11-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
carga y la corriente que pasa por el inducido, aumenta. Cuando no existen polos de conmutación, la
velocidad se incrementa ligeramente cuando la corriente de inducido aumenta(curva 2).
El par electromagnético será : M = C2 . Φ . Ii ;; al despejar Ii y sustituirlo en la ecuación
general anterior, se obtiene:
1
M
n=
( εb - Ri
)
C 1. 
C 2. 
Según estas ecuaciones : si el flujo se mantiene constante al aumentar la corriente del
inducido , la curva característica del par es una línea recta que pasa por el origen de pendiente
positiva. (representa la curva 1, de la segunda representación).
La debilitación del flujo magnético, como consecuencia de la reacción de inducido que se
produce a partir de un cierto valor de la corriente de inducido, da lugar a que el par deje de crecer de
forma lineal (curva 2)
Cuando se considera el par útil en el eje, eliminando las pérdidas mecánicas y las pérdidas
del hierro , la curva del par se desplazaría hacia abajo(es la curva 3)
Si la reacción del inducido es despreciable o compensado, el flujo magnético permanece
constante, la representación será una línea recta decreciente.
Representación 1
Representación 2
Representación 3
Motor de excitación independiente.La única diferencia, en la forma de conexión, respecto al caso anterior, es que el devanado
inductor se conecta a una red eléctrica de DC distinta de la utilizada por el devanado inducido. Las
ecuaciones características son similares al del motor de excitación en derivación.
12-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Motor de excitación en serie.
En este tipo de conexión, los devanados inductor o excitador y el inducido, se conectan en
serie y por lo tanto se encuentran recorridos por la misma intensidad ( Ii = Ie )
La f.c.e.m. Genrada en el inducido será :
ε = C1 . n . Φ
Teniendo en cuenta que el sistema se encuentra en serie :
εb = ε + (Ri + Re ) Ii
Por lo tanto la curva característica de la velocidad :
1
n = f (Ii) =
(εb - (Ri + Re ) Ii )
C 1. 
En este caso el flujo magnético no es constante puesto que ambas corrientes son la misma .
Cuando ocurre que no se tiene en cuenta la reacción del inducido no se tiene en cuenta y que la
máquina no se satura, el flujo es proporcional a la corriente de excitación:
Φ = k . I e = k . Ii
Por lo que la curva característica de la velocidad es una hipérbola (curva 2).
A medida que la carga aumenta, deje de ser proporcional , apareciendo en la máquina los efectos de
reacción del inducido, apartándose la curva real de la hipérbola (curva 1).
En un motor en serie, con las cargas reducidas o en vacío, la velocidad puede alcanzar
valores elevados . Esta es la razón por la que los motores en serie no deben de funcionar nunca en
vacío, excepto los de baja potencia, ya que en estos casos, el propio par motor reduce la velocidad.
La curva del par electromagnético será :
M = C2 Ii Φ = C2 k Ii2
13-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Esta ecuación representa una parábola como se puede apreciar en la representación 2, en la
curva 1. Cuando aumenta la carga, el flujo magnético deja de ser proporcional a la corriente de la
excitación y la curva del par cae hasta la curva 2 . En el caso de que se tengan en cuenta las
pérdidas mecánicas y las del hierro, el par útil de la máquina será la equivalente a la curva 3.
En la excitación en serie se consiguen incrementos iguales del par motor con aumentos de
carga inferiores que en el caso del motor en derivación. . Se utiliza para accionamientos que exijan
aceleración y para los pares de arranque de devanados , en el caso de servicios de tracción, aparatos
de elevación ,etc.
La característica mecánica viene referida a través de la siguiente ecuación:
n=
1
(εb - (Ri + Re )
C 1. 
M
)
C 2. 
La representación será una hipérbola mientras no se logre la saturación y el flujo
permanezca proporcional a la corriente de excitación
La forma decreciente concede a este tipo de motor una gran estabilidad en la marcha y su
potencia útil permanece prácticamente constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de
autorregulador de potencia.
Representación 1
Representación 2
Representación 3
Motor de excitación compuesta.
La conexión compuesta puede ser larga o corta. En la figura se representan estos dos tipos
de conexión.
14-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
En este tipo de conexión, el devanado excitador, se divide en dos, una parte se conecta en
serie con el inducido y la otra en paralelo.
En la compuesta larga, la corriente que pasa por el devanado excitador, conectado en serie,
es la misma que la que circula por el devanado inducido . Cuando la conexión es compuesta corta ,
la corriente que circula por el devanado excitador en serie , es la corriente total de alimentación del
motor.
Los flujos magnéticos creados por los devanados excitadores , pueden tener el mismos
sentido, sumándose los efectos ( compuesta sumativa); cuando los sentidos de los flujos son
contrarios, el efectos se resta (compuesta diferencial) .
Las curvas características de una compuesta sumativa, serán intermedias entre las
conexiones en serie y en paralelo. El peligro de embalamiento en la conexión en serie, desaparece
en una compuesta aditiva, ya que el devanado excitador produce un flujo magnético , incluso en
vacío.
El que las curvas se encuentren más próximas a la excitación en serie o en derivación,
dependerá de la aportación del flujo en serie y la aportación del flujo en paralelo.
En la figura inferior se aprecian las características mecánicas de tres motores de excitación
compuesta aditiva de igual velocidad y par nominal. En el motor 1 predomina la excitación serie.
En la curva 2 es un motor equilibrado ; la curva 3 representa un motor de predominio excitación
paralela.
15-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Las excelentes propiedades de los motores con excitación compuesta, se basan en :
a. Elevado par de arranque.
b. Inexistencia de problemas de embalamiento.
Se utilizan por ello, en las máquinas-herramienta de tracción y en máquinas que exigen un
par de arranque elevado , como por ejemplo, las laminadoras, los compresores, etc.
Cuando la excitación es compuesta diferencial, el flujo útil vendrá dado por la diferencia
entre las excitaciones en derivación y en serie . Si el motor funciona en vacío, el flujo será máximo
y se irá debilitando a medida que aumenta la carga y la corriente del inducido.
7. Arranque, inversión y frenado.
En el caso de un motor con excitación independiente :
1
n=
( ε b - R i Ii )
C 1. 
Y el par , M = C2 Ii Φ
Para modificar la velocidad de giro del motor n , se puede proceder de las siguientes
maneras:
a. Modificación de la tensión de alimentación (εb ) . Esto se resuelve gracias a la utilización
de un potenciómetro, haciendo que se conecte el inducido del motor a una fuente de DC de
valor variable.
b. Introduciendo resistencias en serie con el devanado inducido del motor . Empeora
considerablemente el rendimiento, pues se pierde potencia eléctrica en las resistencias que
se intercalan.
c. Modificación del flujo magnético de excitación. Para ello se intercalan resistencias en
16-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
serie con el devanado de excitación , en el caso de excitación en derivación , o en paralelo
cuando la excitación es en serie . La velocidad puede ser también modificada conectado el
devanado excitador a un convertidor electrónico que produce tensión continua variable.
Arranque de los motores de DC
En un motor de DC al arrancar no genera f.e.m. . La corriente demandada por el motor en
ese momento será muy elevada, puesto que solamente está limitada por la resistencia del inducido.
Para limitar esta corriente, se intercala en serie con el inducido del motor, un reóstato de
arranque , que está formado por varias resistencias metálicas en serie , cortocircuitándose a medida
que varía la velocidad del motor.
El R.E. B.T , establece, las características del arranque de los motores de DC, en función de
la potencia:
De 0,75 kW a 1,5 kW : Ia ≤ 2,5 In
De 1,5 kW a 5 kW : Ia ≤ 2 In
Más de 5 kW : Ia ≤ 1,5 In
Inversión del sentido de giro de los motores de DC.
Un motor de DC puede funcionar en los dos sentidos de giro. Para ello, basta intercambiar
las conexiones del devanado inducido respecto a la excitación. Esto se explica si se tiene en cuenta
que la fuerza que se origina en un conductor que se encuentra en el interior de un campo magnético
será :
F = I (L x B)
Para cambiar el sentido de la fuerza, basa cambiar el sentido del vector inducción (B) o del
sentido de la corriente.
En el caso e que el cambio de sentido tenga lugar cuando la máquina se encuentre parada,
carecerá de importancia el saber cuál es el devanado en el que se intercalen las conexiones. Si el
cambio de sentido se realiza en marcha, es necesario que sean las conexiones del devanado inducido
las que se cambien y no las del inductor, ya que el motor quedaría sin excitación con la posibilidad
de embalamiento.
17-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Cuando el cambio de sentido de giro con la máquina en marcha, hay que intercalar la
resistencia de arranque en serie con el devanado inducido par limitar el pico de corriente. Si no se
realiza de esta forma, em el momento e la conmutación la tensión e la red eléctrica la la fuerza
electromotriz generada en el motor, se suman y la corriente queda limitada por el devanado
inducido.
b
Ii =
Ri
En el siguiente esquema se realiza un montaje de inversión de giro del motor, utilizando un
conmutador DPDD.
Frenado en los motores de DC.
En una gran cantidad de aplicaciones se necesita parar el motor rápidamente, una
desaceleración o un control de la velocidad de giro, como ocurre en las grúas, elevadores,
ascensores,etc. Cuando el rotor se desconecta e la red eléctrica, éste continuará moviéndose, hasta
que la acción del rozamiento lo termine parando.
El frenado puede llevarse acabo mecánicamente (frenos de disco o tambor) o eléctricamente,
aplicando el principio de la reversibilidad de las máquinas eléctricas de DC, inviertiendo el sentido
del par motor, haciendo funcionar la máquina como generador.
El frenado eléctrico puede ser:
18-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
a. Frenado reostático o dinámico.
b. Frenado regenerativo.
c. Frenado por inversión de corriente o contramarcha.
El frenado resotático o dinámico consiste en hacer funcionar la máquina como generador ,
modificando la energía mecánica de rotación en energía eléctrica que se disipa en unas resistencias
eléctricas, conectadas en paralelo con el inducido o bien se aprovecha para aumentar la potencia al
motor (kerrs) . En el momento que el motor frena, si se trata de un motor de excitación
independiente, se desconecta el inducido de la red eléctrica y se conecta en paralelo a unas
resistencias . En los demás tipos de excitación se debe de garantizar que el flujo de excitación de la
máquina continúa teniendo el mismo sentido que cuando funcionaba como motor . Por este motivo,
en el motor de excitación en derivación no es preciso realizar ninguna modificación especial; en el
motor de excitación en serie , se ha de invertir previamente la conexión del devanado de excitación .
El frenado regenerativo.- La energía mecánica almacenad en la inercia del motor , se
convierte en energía eléctrica que se cede a la red de alimentación de la máquina . El
funcionamiento de una máquina eléctrica como motor o como generador, viene determinado por la
relación que existe entre la tensión de la red eléctrica a la que se conecta la máquina y la f.e.m. en el
inducido : si la tensión en el inducido es mayor que la de la red la máquina funciona como
generador, en caso contrario, funcionará como motor.
En un motor en derivación, si el par resistente disminuye, la velocidad de giro y la f.e.m.
aumentan y la corriente del inducido disminuye. Si el par resistente se anula, el motor tomará de la
red la pequeña corriente de vacío que necesita para vencer los rozamientos.
Si el par resistente cambia de sentido y se convierte en par motor, como sucede en el
descenso de cargas en equipos de elevación , la máquina se acelerará por encima de su velocidad de
giro en vacío y la f.e.m. se hará superior a la tensión de red; la máquina funcionará, en este caso,
como generador .
El frenado regenerativo se utiliza con frecuencia con equipos de elevación de trasnporte, en
los de la máquina , durante el descenso de la carga , funciona como generador , frenando el
movimiento de descenso. En los motores con excitación en serie , la manera en la que se ha de
realizar la conexión para llevar a cabo el frenado regenerativo, es algo peculiar, ya que el motor no
puede invertir por sí mismo el sentido del funcionamiento.
El frenado a contramarcha.- Consiste en invertir el sentido del par electromagnético (M)
cuando el motor se encentra funcionando.
Problema 1.- Un motor de DC de excitación en derivación de 30 CV,se conecta a una
línea de 230 V para accionar una bomba . Con la bomba conectada , consume de la red 83,5 A a
1200 r.p.m. y en vacío, para mantener el mismo número de revoluciones es preciso aplicar 216 V
al motor , consumiendo 6,5 A . La resistencia del inducido es de 0,15 Ω y el de excitación es de
174 Ω . Considerando que las pérdidas del hierro son nulas y que las mecánicas en ambos casos
es la misma, calcular:
a. Potencia suministrada a la bomba.
b. El rendimiento del motor con la bomba conectada.
19-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
c. El valor de la resistencia de arranque que será necesario conectar en serie con el devanado
inducido para que la corriente en el momento inicial sea de 83,5 A.
d. Par electromagnético de arranque.
e. Velocidad de giro cuando la intensidad consumida por el motor sea de 40 A.
Resolución.Iexc =
b
=
Rex
b0
=
Rex
230
= 1,32 A ;;; Iex(vacío) =
174
216
= 1,24 A
174
Las corriente del inducido con carga y en vacío, serán :
Ii = 83,5 – 1,32 = 82,18 A ;; I
i0
= 6,5 – 1,24 = 5,26 A. Las potencias son las
siguientes :
Pri = Ri . Ii2 = 0,15 (82,18)2 = 1013 W
Prex = Rex Iex2 = 174 . (1,32)2 = 303 W
Pio = Ri Ii02 = 0,15 . (5,26)2 = 4 W
Prexo = Rexo Iexo2 = 174 . (1,24)2 = 268 W
Las potencias consumidas serán :
P = εb I = 230 . 83,5 = 19205 W
P0 = εb0 . I0 = 216 . 6,5 = 1404 W
Pmec = P0 - Prex – Prio = 1404 – 268 – 4 = 1132 W
Pu = P – Prex – Pri – Pmec = 19205 – 303 – 1013 – 1132 = 16757 W .
El rendimiento será :
η=
Pu
=
P
16757
= 0,873
19205
En el momento de arranque , ε = 0 y la corriente por el inducido debe ser igual a la corriente
Ii = 82,18 A
Ii =
b
= 82,18 =
RiR ad
230
; la resistencia de arranque será Rad = 2,65 Ω
0,15R ad
20-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
El par electromagnético será :
16757
Pu
Mu =
= 2 1200 = 133,3 N.m

60
El momento magnético de inducción será :
Mi =
P uP m

=
167571132
= 142,4 N.m
125,6
Al ser constante el flujo magnético, la corriente de excitación también los será, por lo tanto,
la intensidad del inducido será :
Ii = 40 – 1,32 = 38,68 A
La f.e.m.
ε´ = εb - Ri Ii = 230 – 0,15 . 38,68 = 224,2 V
Cuando la bomba conectada ε = εb – Ii Ri = 230 – 0,15 82,18 = 217,7 V
´
224,2
= 1200
= 1236 rpm.
217,7

Problema 2 .- Un motor de DC de excitación en serie ( R i = 0,15 Ω; Rex = 0,1 Ω) absorbe
una corriente de 40 A de una línea de 220 V cuando gira a velocidad de 700 rpm . Calcular la
corriente absorbida de la línea y la velocidad de giro si se conecta una resistencia en paralelo
con el devanado de excitación y el par resistente aumenta un 50 % . La máquina se encuentra
compensada y no se produce saturación (el flujo es proporcional a la corriente de excitación) .
No existen pérdidas en el hierro ni por rozamiento.
Resolución.El valor de la nueva velocidad será : n´ = n
ε = εb - Ii ( Ri + Rex ) = 220 – 40 ( 0,15 + 0,1) = 210 V
ε = C1 n Ii ;; C1 =
210
= 0,0075 (V.min/A.rev) ;; Ii = Iex
40 . 700
M = C2 Φ. Ii = k2 Ii2
La resistencia colocada en paralelo hace que : Iex =
M´= 1,5 M = k2
I ´i
2
I ´i
2
I´i = 1,5 k2 Ii2 = 1,5 402 k2
I´i = 69,28 A
21-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
ε´= ε - ( Ri +
Rext
)I´i = 220 – (0,15 + 0,05) 69,3 = 206,1 V
2
I ´i
n´ ;; 206,1 = 0,0075 (69,3/2) n´
2
ε´= K1 I´ex n´= K1
n´= 793,1 rpm
Problema 3.- Calcular el par y la f.e.m. nominal de un motor de DC de excitación en
serie , de 230 V , 115 A , 1500 rpm , Ri = 0,21 Ω y Rex = 0,12 Ω.
Resolución.εb = ε + Ii (Ri + Rex) ; ε = εb - Ii (Ri + Rex) = 230 – 115 ( 0,21 + 0,12) = 192 V
P = M . ω ;; P = ε Ii = 192 . 115 = 22080 W
1500
= 157 rad/s
60
ω=2.π.
M=
P
=

22080
= 140,6 N.m
157
Problema 4.- Determinar la resistencia que se necesita conectar en serie con el devanado
inducido del motor anterior para que la velocidad se reduzca a la mitad, desarrollando el motor
el mismo par.
Resolución.M = C2 Φ Ii ;;
n´= 1500/2 = 750 rpm
Al ser el mismo par : M = M´ = C 2 Φ I = C2 Φ´ I´ ;;
Φ I = Φ´ I´
Como el flujo es proporcional a la intensidad:
Φ = K I ;; I = I´
ε = C1 n Φ ;; ε´ = C1 n´Φ´
Al dividir miembro a miembro las dos igualdades se obtiene:
22-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
´
=

C 1 . n ´ . ´
=
C1. n . 
1
; ε´ =
2
192
= 96 V
2
εb = ε´ + Ii (Ri + Rex+ R) ;; 230 = 96 + 115 ( 0,21 + 0,12 + R)
R = 0,835 Ω
Problema 5.- Un motor DC con excitación en derivación de 220 V y 50 A . presenta en el
inducido una caída de tensión del 6 % con relación a la aplicada en los bornes. Calcular el valor
que ha de tener una resistencia conectada en serie con el devanado inducido para que la
velocidad de giro del rotor se reduzca a la mitad.
Resolución.Cuando no se conecta la resistencia :
ε = C1 Φ n ;; cuando se conecta la resistencia :
ε´= C1 Φ´n´ ;; Φ = K I ;; I = I´ = 50 A
´
=

R i Ii =
ε=
6
ε =
100 b
94
ε =
100 b
C 1 . n ´ . ´
=
C1. n . 
6
220 = 13,2 V ;; Ri=
100
1
2
13,2
= 0,26 Ω
50
94
. 220 = 206,8 V
100
ε´ = 206,8/2 = 103,4 V
ε´= εb - Ii (Ri + Rex) ;; 103,4 = 220 – 50 ( 0,264 + Rad )
Rad = 2,07 Ω
Problema 6.- Si en el motor anterior se desea incrementar la velocidad en un 50 % ,
manteniendo constante Ii , ¿cuánto hay que reducir el flujo?
Resolución.- ε = εb - Ii Ri ;; ε = C1 Φ n
n=
b− I i . R i
C 1 .
23-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
n´ = 1,5 n =
b− I i . Ri
= 1,5 .
C 1 .´
b− I i . R i
C 1 .
Φ´= 0,67 Φ
8.Motores asíncronos: Descripción física y principio de funcionamiento.
El motor asíncrono de AC es el motor industrial mas utilizado, por su sencillez y seguridad.
El motor asíncrono de AC se encuentra formado por los siguientes elementos:
a. El estátor .- Es la parte fija de la máquina y se encuentra formado por una corona de
chapas magnéticas aisladas entre sí por un barniz aislante, ranuradas y unidas a la carcasa,
fabricada con fundición de hierro. En las ranuras del estátor se coloca un devanado,
constituido por un número de fases igual al de la red eléctrica que alimenta el motor.
b. El rotor.- Es la parte móvil de la máquina constituida por una corona de chapas
magnéticas apiladas directamente sobre el eje de la máquina o sobre unos salientes del eje ,
cuando la máquina posee una potencia elevada. La corona del rotor presenta una serie de
ranuras interiores en las que se dispone el devanado del mismo.
Se puede distinguir dos tipos de rotores:
a. Rotor de jaula de ardilla.
b. Rotor bobinado.
▪ a. Rotor de jaula de ardilla.- El devanado del rotor está formado por barras de cobre
o de aluminio colocadas en las ranuras de la corona rotórica y unidas en sus
extremos por sendos anillos . El par de arranque es pequeño y la intensidad
absorbida es grande . Para facilitar el arranque, en algunos motores se dispone de
doble jaula .
▪ De rotor bobinado.- El devanado del rotor está formado, al igual que el estátor, por
hilo de cobre . En general se alojan tres devanados en las ranuras del rotor unidos por
un punto común . Los extremos libres e pueden unir a un acoplador centrífugo o a
tres anillo de cobre (anillos rozantes) que giran con el eje . Haciendo contacto con
estos anillo se encuentran las escobillas, que son de grafito, que están fijadas al a la
carcasa externa, que permiten realizar la conexión al exterior en forma de triángulo
o estrella.
Aunque desde el punto de vista constructivo, el motor de rotor bobinado es más
complejo y menos robusto que el de jaula de ardilla, gracias a la resistencia del
bobinado y de los anillos rozantes, se puede conseguir un par de arranque 2,5 veces
superior al nominal y una corriente de arranque menor que en el caso del rotor de
jaula de ardilla . Usando resistencias, se puede conseguir una regulación perfecta de
la velocidad de giro del motor.
24-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Motor Asíncrono
Rotor en jaula de ardilla
Rotor bobinado
Funcionamiento de un motor asíncrono de AC.
El funcionamiento se este motor se basa en la acción que ejerce sobre el rotor un campo
magnético B giratorio creado por el devanado del estátor.
En el estátor del motor se encuentra dispuestos tres devanados correspondientes a cada una
de las fases de la corriente trifásica. Esta corriente se encuentra desfasada entre si 120º y 240º
respectivamente. En los soportes de hierro del estátor, se van enrollando cada cada fase. El número
de soportes del devanado, dependerá del número de polos que exista, en el caso que vamos a
estudiar, solamente existirán dos polos por cada fase (N-S), por lo que el número de devanados
alrededor de la carcasa será de seis. Dependiendo del sentido del enrollado, se tendrá un polo N
(sentido contrario de las agujas del reloj) o polo S (mismo sentido que las agujas del reloj). Los
25-Los Motores Eléctricos
V
Y
U
X
W
Z
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
devanados son independientes y salen de dos contactos cada uno. La unión de estos tres devanados
puede ser en estrella o triángulo:
Conexión en estrella
Conexión en triángulo
Según esta conexión, se debe de tener en cuenta:
Si la tensión aplicada al devanado UX es positiva , el sentido de la corriente en lo
conductores 1 y 2 será positivo y negativo en los otros dos lados ( 7 y 8) . Si la tensión
aplicada es negativa, sucede lo contrario.
Si la tensión aplicada al devanado VY es positiva , el sentido de la corriente en los lados 5 y
6 será positiva y negativo en los 11 y 12. Si la tensión es negativa, sucede lo contrario.
Si la tensión aplicada al devanado WZ es positiva, el sentido de la corriente en los lados 9 y
10 será positivo y negativo en los lados 3 y 4 . Si la tensión es negativa, sucede lo contrario.
S istema trifásico de corrientes en el
estátor
Como en el instante t0 no
circula corriente por el devanado U, en los otros dos devanados los sentidos de las corrientes se
señalan en el diagrama anterior . El campo magnético B0, creado por los lados conductores tiene la
dirección y sentido que se indica en la figura, aplicando la regla del sacacorchos. En los instantes
sucesivos, t1, t2, t3, t4 y t5 , las corrientes van cambiado de sentido y, como consecuencia de ello, el
campo magnético va girando en sentido horario 1/12 de vuelta en cada intervalo.
El campo magnético B0, originado por un sistema trifásico, es giratorio, con una velocidad
de giro, denominada síncrona, n1 , que depende de la frecuencia eléctrica que se encuentra
conectado el motor. En el ejemplo que se ha visto, solamente existe un par de polos p = 1 , por lo
que el valor de la velocidad síncrona será :
n1 = 60 f ;; f, es la frecuencia de la corriente alterna de red.
Cuando el motor se encuentre formado por más de un par de polos por fase, la fórmula será :
26-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
n1 =
60. f
p
, siendo p el número de pares de polos por fase.
Este vector inducción magnética giratorio tiene una serie de efectos sobre el rotor del motor
ya que produce en los devanados del rotor fuerzas electromotrices inducidas
En el rotor, estas f.e.m. inducidas dan lugar a corrientes que circulas por los devanados del
rotor, apareciendo fuerzas que obligan al rotor a moverse en el sentido de giro del campo magnético
B0. La velocidad de giro es algo inferior al síncrono, pues de lo contrario, no aparecerían f.e.m. en
el devanado del rotor, ya que no se produciría modificación alguna del flujo magnético. La
velocidad del rotor es en la práctica un 2 al 6 % más pequeña que n1 . Se define como deslizamiento
s:
n2
n1−nr
s=
=
;; n2 representa al movimiento relativo del campo frente al
n1
n1
movimiento del rotor
f2 = s . f1 ;; f2 es la frecuencia del rotor y f1 la frecuencia de la
27-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
red que alimenta el motor.
En el momento de arranque o cuando el motor está parado, s = 1 y f 2 = f1 . Si el motor girase
en sincronismo, s = 0 y f2 = 0 , no se inducirían corrientes en el inducido.
9. Balance de potencias y curva característica.
Al igual que cualquier dispositivo que se conecte a una corriente alterna polifásica, la
potencia de entrada al motor será :
P1 = m1 . V1 . I1 . cos φ1
m1 , representa el número de fases de la red (3) , V1 es la tensión de fase , I1 es la corriente de
fase y cos φ1, el factor de potencia del motor.
Existe una primera pérdida de potencia por el efecto Joule del devanado del estátor :
Pcu1 = m1 I12 R1 .; R1 es la resistencia de cada fase del devando.
La potencia de creación del campo será : PC = P1 – Pcu1
Debido a los procesos de histéresis y de las corrientes de Foucault , existe una pérdida de
potencia en el hierro por fenómenos ferromagnéticos:
Pa = PC – Pfe
Las pérdidas del rotor del devanado de cobre posee un valor de :
Pcu2 = m2 I22 . R2 ;; R2 es la resistencia de cada una de las fases del devanado
del rotor.
Pm = Pa – Pcu2
;;
por otra parte, esiste una pérdida de potencia debido al rozamiento
mecánico
La potencia útil será Pu = Pm – Pmec
Por lo tanto el rendimiento de un motor asíncrono será :
Pu
100
P1
Las pérdidas de potencia se puede visualizar en el siguiente esquema:
η=
28-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Curvas características de un motor asíncrono.
Las curvas características de su funcionamiento son las siguientes:
a. Curva característica de la velocidad.-Se representa n = f ( Pu ) . En este caso, se mantiene
constante la tensión y la frecuencia de la alimentación.
b. Curva característica del consumo.- Se representa I1 = f ( Pu ) . Representa la intensidad
absorbida por una de las fases del estátor en función de la potencia útil. Se mantiene
constante la tensión y la frecuancia de alimentación. Si el motor gira en vacío, P u = 0 ( sin
carga), la corriente está comprendida entre 0,25 y 0,5 veces la corriente nominal de
funcionamiento.
c. Curva característica del factor de potencia.-En este caso se representa cos φ = f (Pu) ,
manteniendo constante la tensión y la frecuencia de alimentación. El factor de potencia es
máximo cuando el motor trabaja en condiciones próximas a su tensión nominal.
d. Curva característica de rendimiento.- Se representa η = f ( Pu ) . Nuevamente se
mantiene constante la tensión y la frecuencia de alimentación. El rendimiento de los motores
a plena carga de pequeña potencia (1 kW) es de 0,7 , mientras que en los motores de elevada
potencia (100 kW) el rendimiento es de 0,9 o más.
29-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
e. Curva de característica mecánica.- Se representa M = f (n) , relaciona el par desarrollado
frente la velocidad de rotación, manteniendo constante la tensión aplicad y la frecuencia de
alimentación. Es la curva más importante de cualquier máquina funcionando como motor ,
puesto que su inersección con el par resistente , permite conocer la velocidad de giro del
conjunto motor-carga . La ordenada en el origen A es el par en el momento de arranque . El
punto de corte con el eje de abscisas (velocidad de sincronismo) , el par desarrollado es
nulo.
Problema 7.- Determinar la velocidad de giro de un motor asíncrono conectado a una
frecuencia de 50 Hz. , si el deslizamiento nominal es del 5 % y tiene un par de polos. Calcular su
valor cuando son dos los pares de polos.
Resolución.- n1 =
s=
n1´ =
60. f
p
=
60. 50
= 3000 rpm
1
n2
; n2 = 0,95 . 3000 = 2850 rpm
n1
60. f
p
=
60. 50
= 1500 rpm.
2
N2´= 0,95 . 1500 = 1425 rpm.
Problema 8.- El eje de un motor asíncrono de dos pares de polos, ¿puede girar hasta 1800
rpm?. Ver el balance de potencias .
Resolución.- En un motor asíncrono de dos pares de polos, la velocidad de rotación máxima
es de 1500 rpm si el desplazamiento es nulo y existe sincronismo . Si la velocidad fuese 1850 rpm,
la velocidad del campo magnético giratorio sería inferior . En este caso se entregaría potencia
mecánica al motor a través del eje.
Problema 9.- El par resistente de un motor asíncrono es de 28 N.m ; la potencia que
absorbe de la red es de 10 kW y su rendimiento es del 85 % . Calcular la velocidad de giro . ¿Qué
30-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
sucedería al motor si se incrementa el par resistente en un 100 % ?
Resolución.- η =
Pu
100 = 85 ;; Pu = 0,85 . 10 kW = 8500 W
P1
P=M.ω
ω=
Pu
=
M
8500
= 303,57 rad/s = 2898 rpm
28
Si el par aumenta , la velocidad de giro disminuirá, para una potencia útil constante.
10. Arranque y regulación de la velocidad.
Para poder arrancar los motores asíncronos se requiere una corriente elevada que puede
provocar la caída de tensión en los demás consumidores, sobre todo si la sección del cableado no es
lo suficientemente grande. Esta caída de tensión aparece sobre todo en los aparatos de alumbrado.
En el arranque de los motores asíncronos, en ocasiones, se necesita una corriente 6 veces
suprior a la nominal y su par de arranque inicial 1,5 veces mayor que el nominal . En las siguientes
representaciones se puede apreciar la evolución de la corriente y el par desarrollado por el motor en
función de la velocidad del rotor:
El par de arranque es proporcional al cuadrado de la tensión aplicada a los bornes del motor,
mientras que la intensidad es directamente proporcional a la tensión:
Ma = k V12
;; Ia = k´ V1
Para evitar el incremento del par y de la corriente se suele utilizar diversos sistemas que
31-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
limiten la corriente inicial . En el caso de los motores de jaula de ardilla , los métodos se basan en
una reducción de la tensión aplicada en los bornes del estátor del motor. Estos métodos son:
• a. Inserción de una impedancia estatórica.
• b. Arranque por autotransformador
• c. Arranque estrella-triángulo.
En el caso del rotor bobinado, además de los métodos anteriores, se puede utilizar la
inserción de resistencias en el circuito del rotor gracias a los anillos rozantes.
a. Inserción de una impedancia estatórica.
Se busca disminuir la tensión aplicada en los bornes del estátor gracias a la inclusión de
resistencias . En el momento del arranque, todas las resistencias se encontrarán conectadas y
posteriormente, éstas se irán desconectando a medida que el motor adquiera la velocidad de
régimen. En la siguiente gráfica se aprecia la modificación de las curvas anteriores gracias a la
inclusión de estas resistencias:
•
b. Arranque por autotransformador
Se intercala un autotransformador entre el motor y la red para reducir la tensión aplicada a
los devanados del estátor. Al igual que en el caso anterior, el proceso de arranque puede tener varios
tiempos. Este tipo de arranque necesita una serie de equipos de maniobra de precio elevado. Sólo se
utiliza en motores de elevada potencia.
32-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
•
c. Arranque estrella-triángulo.
Este tipo de arranque se lleva a cabo en aquellos motores, tienen la posibilidad (en su caja de
conexiones ) de verificar esta asociación.
El método consiste en conectar en e momento de arranque los devanados en forma de
estrella , de manera que la tensión aplicada a cualquiera de los devanados del motor será la tensión
V0
de fase (
) , posteriormente se conectan en triángulo para conseguir la tensión de línea V0
3
•
Arranque por inserción de resistencias en el circuito rotórico.
Tiene lugar en los motores con devanado rotórico, al incluir en este circuito una serie de
resistencias , que posteriormente, a medida que el motor adquiere velocidad, se irán
cortocircuitando. En la siguiente figura se aprecia el arranque de un motor en tres tiempos,
mediante la inserción de resistencias en el circuito del rotor.
33-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Corriente y par en arranque rotórico por resistencias.
Una vez que se ha logrado arrancar el motor asíncrono, se debe de controlar la velocidad. Por su
robustez y fiabilidad, el motor asíncrono presenta un mejor comportamiento que el de corriente
continua. Sin embargo, su velocidad se regula con más dificultad. Hoy en día gracias a la
electrónica de potencia este aspecto ha dejado de ser un problema.
La velocidad de giro del rotor en un motor asíncrono es:
nr = ( 1 – s) n1 = ( 1 – s ) .
•
•
60. f 1
p
La modificación de la velocidad se puede actuar sobre:
a. La velocidad de sincronismo
- Modificando el número de pares de polos del devanado estatórico.
- Modificando la frecuencia de la red de alimentación del estátor.
b. El deslizamiento.
Control de la velocidad por cambio en el número de pares de polos.
Como la velocidad de giro del rotor es inversamente proporcional al número de pares de
polos del devanado estatórico, aumentando este número la velocidad de giro disminuye y viceversa.
Aumentando de uno o a dos el número de pares de polos la velocidad del motor se reducirá a la
mitad. Por lo tanto se trata de un control de velocidad a saltos.
Este tipo de control de velocidad solo se aplica a los motores de jaula de ardilla. También se
aplica en los motores de rotor bobinado, pero en este caso el número de pares de polos se debería
modificar tanto en le bobinado del estátor como en el del rotor y éste último resulta complicado de
llevar a la práctica.
El estátor del motor puede bobinarse con dos arrollamientos superpuestos de distinto
número de pares de polos, de tal forma que cada instante de tiempo solo esté activo uno de los dos
bobinados. Según se conecte uno u otro de la red. El motor girará a distintas velocidades. Existe una
conexión especial, denominada conexión Dahlander, mediante la cual con un único bobinado se
34-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
puede variar el número de pares de polos para conseguir dos velocidades que estén en la relación 2
a1
Control de la velocidad por cambio de frecuencia.
Gracias al desarrollo de la electrónica de potencia, los convertidores de frecuencia
constituyen en la actualidad el método más utilizado para conseguir una regulación de velocidad
variable.
Un convertidor de frecuencia se puede considerar equivalente a una fuente trifásica de
tensión y frecuencia variable . A la vez que se modifica la frecuencia de alimentación, también varía
la tensión de alimentación para trabajar a par constante. El sistema electrónico de control del
convertidor de frecuencia es el encargado de realizar la regulación de la velocidad.
Control de la velocidad por cambio de desplazamiento.
El desplazamiento del motor se puede variar modificando la tensión de alimentación. Si la
tensión disminuye, la velocidad de giro del rotor disminuirá y aumentará el delizamiento.
En la figura 1 de la parte inferior, representa la característica mecánica de un motor
asíncrono a dos tensiones de alimentación diferentes. Cuando la alimentación del motor se realice a
la tensión nominal Vn y el par resistente Mr posea el valor señalado en la gráfica, el rotor gira a la
velocidad n. En el caso de que la tensión de alimentación disminuye hasta el valor de 0,7 Vn y el par
resistente sigue siendo el mismo, el rotor gira a una velocidad menor que n´.
En la figura 2 , se puede observar como se modifica la característica mecánica de un motor
asíncrono de rotor bobinado al incluir resistencias en el circuito del rotor. Las resistencias se
conectan a las escobillas que hacen contacto con los anillos rozantes por un extremo y están unidas
entre si en el otro extremo para cerrar el circuito del rotor sobre si mismo.
En este caso, a diferencia del anterior, el par máximo se mantiene constante . El
inconveniente es que se pierde potencia en las resistencias intercaladas y para las mismas
variaciones del par resistente, cuanto mayor sea la resistencia intercalada, mayor será la variación
de velocidad del rotor (el motor pierde su característica de velocidad).
Problema 10.- Un motor asíncrono a una red eléctrica de 380 V de tensión de línea y 50
35-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Hz de frecuencia está moviendo un par resistente de 25 N.m a una velocidad de 1450 rpm. Si el
factor de potencia del motor de 0,8 y la corriente de línea consumida 9 A, calcular el rendimiento
del otro. Si la resistencia de uno de los devanados del estátor es de 2 Ω, se encuentra en estrella ,
¿cuánto valdrán las pérdidas en el devanado estatórico?. ¿ Y si se encuentra en triángulo?.
Resolución.- Si el sistema es trifásico:
P=
 3 UL IL cos φ =  3 380 . 9 . 0,8 = 4739 W
Pu = M . ω = 25 . 1450 .
η=
Pu
=
P
2 .
= 3796 W
60
3796
= 0,80
4739
IL = I F = 9 A
Pcu = m1 . I12 . R1 = (3) 92 2 = 486 W
Si la conexión es en triángulo: IF =
IL
= 5,19 A
3
Pcu = m1 . IF2 . R1 = (3) 5,192 2 = 162 W.
Problema 11.- Considerando el motor del ejemplo anterior, con el estátor conectado en
estrella las pérdidas mecánicas son de 100 W. Calcular la potencia mecánica interna. ¿Cuánto
sumarán las pérdidas en el rotor más las pérdidas en el hierro?.
Resolución.- Pm = Pu + Pmec = 3796 + 100 = 3896 W
P = Pm + Pcu1 + Pcu2 + Pfe = 4739 ;; Pcu2 + Pfe = 4739 – 3896 – 486 = 357 W
Problema 12 .- Un motor trifásico tiene una potencia de 50 CV y está conectado a una
tensión de 380 V. Su factor de potencia es 0,8 y su rendimiento del 85 %. Suponiendo que está
conectado en estrella, determinar:
a. La intensidad de fase.
b. Sus potencias activa, reactiva y aparente.
Resolución.- Pu = 50 . 735 = 36750 W
P=
P=
Pu
=

36750
= 43235 W
0,85
P
43235
 3 UL IL cos φ ;; IL =  3. U . cos  = 3.380.0 ,8 = 82,11 A

L
36-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
P = 43235 W ;; S =
Q=
 S 2−P 2
 3 UL IL = 54043 VA
= 32425 VAr
Anexo.- Valores normalizados la corriente de arranque en motores asíncronos.
El REBT, establece:
Potencia del motor
Intensidad de
arranque
0,75 kW – 1,5 kW
≤ 4,5 In
1,5 kW – 5 kW
≤ 3 In
5 kW – 15 kW
≤ 2 In
Más de 15 kW
≤ 1,5 In
11. Los motores asíncronos monofásicos.
Una gran cantidad de equipos eléctricos su funcionamiento requiere una fuente de energía
mecánica suministrada por una red de corriente monofásica. En este caso se precisa disponer de una
potencia pequeña o cuando el factor de potencia o el rendimiento no sean requisitos
imprescindibles. Entre estos motores se clasifican en:
Motor con devanado auxiliar de arranque.
Motor con espiras en cortocircuito.
Motor universal.
El principio de funcionamiento de un motor asíncrono trifásico se basaba en la acción que
ejerce sobre el rotor el campo magnético giratorio creado por el devanado estatórico cuando por
este circula un sistema trifásico de corrientes. Sin embargo, un motor monofásico dispone un
bobinado del estátor de una sola fase, que al ser recorrida por una corriente monofásica crea un flujo
magnético alterno, pero de dirección constante. Por si solo no se logra que el motor comience a
rotar ; no tiene par de arranque inicial.
Cuando el rotor se encuentra ya girando, en sus conductores se generan fuerzas
electromotrices que provocan la circulación de corrientes, cuyos sentidos, se representan en la
figura inferior. Estas corrientes rotóricas crean un flujo magnético cuya dirección forma un ángulo
eléctrico de 90º con el flujo principal creado por el bobinado estatórico, igual que ocurre con el
motor trifásico, de esta forma el motor continúa girando.
Por lo tanto, el motor monofásico es incapaz de arrancar por si mismo. Una vez que haya
empezado a moverse, su giro se mantiene constante. Es necesario proveer a este tipo de motores de
un dispositivo adecuado para iniciar el arranque.
El procedimiento más común consiste en disponer en el estátor de un bobinado auxiliar de
37-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
arranque, que hace que funcione el motor como uno básico en el sistema de arranque. Cuando el
motor se encuentre girando, se desconecta el bobinado auxiliar.
En estos motores se pueden distinguir dos tipos diferentes, según se conecte o no, un condensador
en serie con el bobinado auxiliar, con objeto de aumentar el desfase con la que la corriente circula
por dicho devanado.
Otro procedimiento para conseguir el arranque de un motor monofásico que consiste en
disponer de un estátor de polos salientes de una espira en cortocircuito que abarca parte del polo ,
además de la bobina polar que rodea el polo en su totalidad.
La disposición en cada polo de una espira en cortocircuito altera la uniformidad en el reparto
de las líneas de fuerza del campo magnético y
provoca la puesta en marcha del motor.
La parte del flujo que atraviesa la espira de
cortocircuito ( ΦC ) genera , en virtud de la ley de
Lenz, un flujo que se opone a la causa que lo
produce. En la zona del cortocircuito, el flujo
magnético queda retrasado respecto al flujo
principal y este retraso da lugar a una asimetría
que posibilita la maniobra de arranque del motor.
En un motor con espira en cortocircuito el
sentido de giro del motor se dirige desde un eje
del polo al eje de la espira en cortocircuito
colocada en el mismo.
38-Los Motores Eléctricos
CIDEAD. 2º BACHILLERATO. Electrotecnia. 3ª Evaluación
Tema 20 .- Los Motores Eléctricos
Reciben el nombre de motores universales aquellos que pueden funcionar tanto conectados a
una red eléctrica de corriente alterna monofásica como a una de corriente continua .
Su construcción es básicamente igual que la de un motor serie de DC y con características
análogas. El motor universal no presenta el peligro de embalamiento que caracterizan los motores
de DC en serie. Las pérdidas mecánicas por rozamientos en el propio motor limitan la velocidad en
vacío.
Cuando un motor se alimenta con una red monofásica, arranca por si solo . El sentido de
giro en los devanados, se invierte 100 veces por segundo si se alimenta por 50 Hz. El sentido del
par motor se mantiene . Si un motor universal funciona con AC, la conmutación de las escobillas
resulta menos favorable. La duración de las escobillas y del colector es menor que cuando se
alimenta con DC.
Problema 13.- Un motor asíncrono trifásico de 10 kW de potencia y rendimiento el 85 %,
se conecta a una red de 220 V . El factor de potencia del motor es de 0,88. Hallar:
a. La potencia absorbida por el motor.
b. La intensidad de la línea a plena carga.
c. La intensidad de la línea en vacío, si el motor consume el 32 % de la intensidad a plena
carga.
Resolución.Pu
;; Pa =
Pa
Pu
=
10000
=11764,7 W
0,85
a.
η=
b.
ILC =
c.
IL0 = 0,32 . ILC = 0,32 . 35,08 = 11,22 A

Pa
11764,7
=
=35,08 A
 3. U L . cos   3 . 220 .0,88
39-Los Motores Eléctricos