cuadernillo de motoreselectricos

VENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS.
Introducción
En las actividades industriales y muchas comerciales es necesario mover
distintos procesos productivos, maquinaria y equipos diversos, como
ventiladores, bandas transportadoras, bombas de agua, escaleras eléctricas,
compresores, taladros, entre un sin fin de aplicaciones que requieren
movimiento. La forma más fácil de llevar a cabo ese movimiento es mediante un
motor.
Los motores eléctricos cubren toda la gama de aplicaciones que la sociedad
moderna exige, los podemos encontrar tan pequeños como los usados en el
giradiscos de un DVD, o un pequeño juguete, tan cotidianos como el de una
licuadora, un ventilador o un acondicionador de aire; pero también los hay tan
grandes como los que necesitan las industrias para mover, molinos, trituradoras,
compresores, mezcladoras.
Existen grandes industrias como las llanteras o productoras de cemento que
llegan a utilizar motores de miles de caballos de potencia, (molinos para preparar
la mezcla inicial).
Otra cualidad que distingue a los motores eléctricos es su larga vida se puede
decir que en potencias industriales deben durar por lo menos 10 años, no
obstante en inmensidad de lugares existen motores con más de 30 años de vida
y en muchas industrias existen motores que rebasan esa edad.
Una ventaja más son los altos rendimientos que de ellos se obtiene, en motores
pequeños (menos de 1 hp) su eficiencia es del orden del 80%, pero en grandes
capacidades llegan hasta el 96% de eficiencia.
Además los motores eléctricos se pueden construir en todos los tamaños
imaginables, y son mucho más adaptables, silenciosos y menos contaminantes.
MOTOR ELECTRICO
La finalidad de los motores eléctricos es convertir la energía eléctrica, en forma
de corriente continua o alterna, en energía mecánica apta para mover los
accionamientos de todo tipo de máquinas. Los motores eléctricos están
conformados por dos partes un estator fijo y un rotor móvil.
ESTATOR FIJO. Es la parte interna del motor que no gira, en él se encuentra la
capacidad magnética del motor, está integrado por polos magnéticos (imanes) y
un embobinado de alambres de cobre. El motor eléctrico usa los polos
magnéticos (que funcionan como imanes) para producir el movimiento del rotor.
El accionar de los motores se basa en la ley fundamental de los imanes: Cargas
opuestas se atraen e iguales se repelen.
Dentro de un motor eléctrico por el embobinado de cobre circula corriente
eléctrica, que a su vez genera su campo magnético, asegurando con ello que los
polos magnéticos del rotor siempre se encuentren en repulsión, huyendo del
estator por la similitud de cargas. Entonces las fuerzas de atracción y repulsión
producen el movimiento del rotor al cual se le agrega una extensión llamada
flecha o eje que luego es acoplada al equipo que requiere aprovechar el
movimiento que se está produciendo.
ROTOR MÓVIL. Es la parte del motor que gira a gran velocidad, debido a la
acción de los campos magnéticos creados en elmotor, su velocidad de rotación
expresada en revoluciones porminuto (rpm) depende del número de polos
magnéticos delestator. Se apoya en cojinetes de rozamiento o debaleros. El
espacio comprendido entre el rotor y estator esconstante y de denomina
entrehierro.
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
Los motores eléctricos se clasifican en 4 grupos que son los siguientes:
 MOTOR UNIVERSAL O SERIE
 MOTOR FASE PARTIDA O FASE DIVIDIDA
 MOTOR POLOS PARTIDOS O AMORTIGUADOS
 MOTOR TRIFÁSICO.
MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Y DIRECTA.
La corriente eléctrica que distribuyen la empresas eléctricas es del tipo alterna,
sin embargo hay muchas más aplicaciones que utilizan la corriente en forma
directa, por ello los motores eléctricos pueden ser de corriente directa o de
corriente alterna.
Los motores de corriente directa o continua como también se les llama,
presentan la ventaja de tener una gran capacidad para regular la velocidad de
rotación del motor, lo cual los hace necesarios en ciertos tipos de aplicaciones,
en los cuales se precisa un ajuste fino de la velocidad y torque.
En estos motores, el estator está formado por polos principales activados por
corrientes continuas.
Suelen llevar además polos auxiliares y en grandes potencias polos de
compensación. El rotor se alimenta con corriente continua a través del colector y
las escobillas.
Los devanados del estator pueden alimentarse de diferentes formas, dando
lugar a motores de características distintas.
_ En derivación.- El estator se alimenta con la misma tensión de alimentación
que el inducido.
_ Independiente.- El estator se alimenta con una fuente de corriente continua
independiente.
_ Serie.- La intensidad que atraviesa los devanados del estator es la misma que
alimenta el inducido.
_ Compuesto.- Es una combinación de las características Serie y Derivación.
No obstante los motores de corriente directa necesitan una alimentación especial
diferente a la que suministran la empresas eléctricas, por ello utilizan equipos
adicionales como rectificadores de potencia, con los que la corriente alterna es
convertida a directa; así como en ocasiones baterías de reserva lo cual
incrementa los costos del motor y de la instalación.
Por las grandes ventajas que tiene recibir la corriente alterna, la gran mayoría de
los equipos que requieren de un motor eléctrico utilizan motores de corriente
alterna, preferentemente en forma trifásica, aunque existen muchos motores de
baja potencia que reciben solo una fase eléctrica (monofásicos).
Actualmente, producto del alto desarrollo tecnológico, los motores de corriente
alterna también pueden variar la velocidad y torque que entregan al equipo
acoplado, para ello deben instalarse en combinación con un regulador
electrónico de velocidad variable, conocidos en el lenguaje industrial como
“Drivers”, “Variadores de Frecuencia” ó “Convertidores de Frecuencia Variable”.
Esta poderosa ventaja está haciendo que los motores de corriente directa sean
paulatinamente reemplazados por motores de corriente alterna con variador de
velocidad integrado. De hecho gran parte de la maquinaria nueva ya no incluye
motores de corriente directa. Otra desventaja de los motores de corriente directa
es que precisan un mantenimiento mayor que los motores de corriente alterna y
cada mantenimiento es bastante costoso. El colector y las escobillas necesitan
mucha atención y cuidados.
Los motores de corriente continua presentan la ventaja de una gran capacidad
para la regulación de la velocidad, lo cual los hace necesarios en ciertos tipos de
aplicaciones, en los cuales se precisa un ajuste fino de la velocidad y del par
motor.
Sin embargo, presentan los siguientes inconvenientes:
 Alimentación.
La generación y distribución de energía eléctrica se realiza en corriente alterna.
Estos motores necesitan una alimentación especial, mediante equipos
rectificadores de potencia, así como en ocasiones baterías de reserva lo cual
incrementa los costos de la instalación.
 Mantenimiento.
Precisan un mantenimiento mayor que los motores de corriente alterna y son
bastante más costosos.
El colector y las escobillas necesitan mucha atención y cuidados.
Los colectores deben tener una superficie lisa y girar de forma completamente
circular. Debe evitarse la aparición de fuego o chispas debajo de las escobillas,
que pueden ser debidas a marcha no circular del colector, vibraciones, escobillas
gastadas, etc. El colector se debe tornear periódicamente, granos de polvo
pueden rayarlo. Estas circunstancias los hacen poco adecuados para trabajar en
atmósferas sucias o ambientes explosivos.
MOTOR UNIVERSAL
Los motores eléctricos serie universal funcionan con corriente alterna o directa,
se usan generalmente en aparatos electrodomésticos como licuadoras,
ventiladores, taladros etc.
Los órganos principales de este tipo de motor de corriente continua son el
inducido, los polos inductores con la carcasa, los escudos y el puente de los
porta escobillas.
ROTOR ARMADURA.- es el órgano giratorio, está compuesto por un núcleo de
chapas magnéticas provisto de ranuras para alojar bobinas del arrollamiento,
asimismo va colocado a presión el colector. Sobre el colector se frotan las
escobillas brochas o carbones que transmiten la corriente a las bobinas del
arrollamiento.
CARCASA.- es de acero fundido o de hierro esta mecanizada de modo que
permite el montaje de los polos inductores en su interior, algunos tienen la
carcasa constituida por chapas de acero.
ESCUDOS.- sujetos a la carcasa por medio de pernos, llevan montados dentro
de las tapas los cojinetes (baleros o bujes) por los cuales gira el eje o la flecha
del motor
Como ya he mencionado antes el arrollamiento inducido de todos los motores de
corriente continua se alimenta por medio de las escobillas. Esto se consigue
conectando las diversas bobinas de dicho arrollamiento a las delgas del colector
aplicando en las superficies escobillas de carbón que transmiten la corriente a la
armadura para que gire.
MOTOR UNIVERSAL
ESCOBILLAS
ROTOR ARMADURA
CARBONES BROCHAS O
Inducido del motor de corriente continua con ranuras oblicuas y provisto del bobinado
Longitud de escobilla
para una tensión adecuada
del muelle
con la escobilla muy gastada
es nula la tensión del muelle.
Rotor tipo armadura (CW)
Campos
Rotor tipo armadura (CCW)
A los motores serie universal se les puede reducir las RPM simplemente disminuyendo el
voltaje. Nunca debe aumentar el voltaje por encima del límite para el cual fue hecho el motor
Por ejemplo:
127 v ----------3600 rpm
64 v ---------- 1800 rpm
32 v -----------900 rpm
El sentido de giro del motor se interpreta de la siguiente manera:
CW -“clock wise”(sentido de las manecillas del reloj)
CCW – “clock counter wise”(sentido contrario de las manecillas del reloj).
MOTOR FASE PARTIDA
El motorde fase partida es un motor de corriente alterna de potencia equivalente
a una fracción de caballo, que se emplea para accionar aparatos como:
lavadoras, quemadores de aceite, pequeñas bombas.
Este motor consta de cuatro partes principales que son las siguientes:
1.- Una parte giratoria llamada ROTOR
2.- Una parte fija llamada ESTATOR.
3.- DOS ESCUDOS (tapas)o placas terminales sujetos a la carcasa del estator
mediante pernos.
4.- INTERRUPTOR CENTRIFUGO dispuesto en el interior del motor.
Este motor se conecta a una red monofásica, se utiliza cuando el par de
arranque
necesario
es
moderado.
NEMA
(NationalElectricalmanufacturersassociation) define que este tipo de motor de
inducción monofásico provisto de un arrollamiento auxiliar y un arrollamiento
principal y conectado en paralelo con este último.
ROTOR.-El rotor se compone de tres partes fundamentales. La primera de ellas
es el núcleo, formado por un paquete de láminas o chapas de hierro de
elevada calidad magnética. La segunda es el eje, sobre el cual va ajustado
a presión el paquete de chapas. La tercera es el arrollamiento llamado de jaula
de ardilla, que consiste en una serie de barras de cobre de gran sección,
alojadas en sendas ranuras axiales practicadas en la periferia del núcleo y
unidas en cortocircuitos mediante dos gruesos aros de cobre, situados uno a
cada extremo del núcleo. En la mayoría de los motores de fase partida el
arrollamiento rotorico es de aluminio y esta fundido de una sola pieza.
ESTATOR.-El estator se compone de un núcleo de chapas de acero con ranuras
semicerradas, de una pesada carcasa de acero o de fundición dentro de la cual
esta introducido a presión el núcleo de chapas, y de dos arrollamientos de hilo
de cobre aislado alojados en las ranuras y llamados respectivamente
arrollamiento principal o de trabajo y arrollamiento auxiliar o de arranque.
En el instante de arranque están conectados uno y otro a la red de alimentación;
sin embargo, cuando la velocidad del motor alcanza un valor prefijado el
arrollamiento de arranque es desconectado automáticamente de la red por
medio de un interruptor centrífugo montado en el interior del motor.
TAPAS O PLACAS TERMINALES.-Los escudos o placas térmicas, están
fijados a la carcasa del estator por medio de tornillos o pernos;
su misión principal es mantener el eje del rotor en posición invariable.
Cada escudo tiene un orificio central previsto para alojar el cojinete, sea de bolas
o de deslizamiento, donde descansa el extremo correspondiente del eje rotorico.
Los dos cojinetes cumplen las siguientes funciones: sostener el peso del rotor,
mantener a este exactamente centrado en el interior del estator, permitir el
giro del rotor con la mínima fricción y evitar que el rotor llegue a rozar con
el estator.
INTERRUPTOR CENTRIFUGO.- El interruptor centrífugo va montado en el
interior del motor. Su misión es desconectar el arrollamiento de arranque en
cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada. El tipo más
corriente consta de dos partes principales, una fija y otra giratoria. La parte fija
está situada por lo general en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva
dos contactos, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor
unipolar. En algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada
en el interior del cuerpo del estator. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor.
El funcionamiento de un interruptor es el siguiente: mientras el rotor esta en
reposo o girando apoca velocidad, la presión ejercida por la parte móvil del
interruptor mantiene estrechamente cerrados los dos contactos de la parte fija.
Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75 % de su velocidad de régimen,
la parte giratoria cesa de presionar sobre dichos contactos y permite por tanto
que se separen, con lo cual el arrollamiento de arranque queda
automáticamente desconectado de la red de alimentación
MOTOR FASE PARTIDA CON CAPACITOR DE ARRANQUE
Estos motores monofásicos de corriente alternacuyo rango va de fracciones de
HP hasta 15 HP., se usan ampliamente con muchas aplicaciones de tipo
monofásico tales como accionamiento a maquinas herramientas como pueden
ser taladros, pulidoras, motobombas, etc.
Este motor es similar en su construcción al de fase partida, excepto que se
conecta un capacitor en serie con su devanado de arranque.
Los motores de arranque con capacitor están equipados también como los de
fase partida, con devanado de trabajo y arranque, pero el motor tiene un
condensador (capacitor), que permite tener mayor par de arranque.
El capacitor se conecta en serie con el devanado de arranque y el switch o
interruptor centrífugo
Los motores de corriente alterna son por mucho los más empleados, dada la
gran ventaja de poder funcionar con la forma de corriente que suministran las
empresas eléctricas, no requieren pasar la corriente alterna a corriente directa,
por tanto son de menor costo. Se clasifican en motores asíncronos (o de
inducción) y motores síncronos. En los síncronos el eje gira a la misma velocidad
que lo hace el campo magnético, en los asíncronos el eje se revoluciona a una
velocidad poco menor a la del campo magnético.
Los motores asíncronos basan su funcionamiento en la creación de un campo
magnético giratorio en el entrehierro, debido a la circulación de corriente alterna
por los devanados y la influencia de los polos magnéticos del estator. La
velocidad de giro de este campo magnético en revoluciones por minuto (r.p.m.),
es:
Dónde:
f = Frecuencia de alimentación
p = Número de polos del devanado del estator.
R.P.M = Velocidad de giro, en revoluciones por minuto.
La velocidad de giro de un motor eléctrico está determinada por el número de
polos magnéticos, entre más polos el motor revolucionara más lentamente.
MOTOR POLOS PARTIDOS O AMORTIGUADOS
Este motor monofásico se llama así, por utilizar dos o más espiras en corto
para su funcionamiento.
También tiene otros nombres como: motor de polos camuflados, polos hendidos,
polo partido, polo saliente, polos sombreados, polo blindado, polos
amortiguadores o espira de frager.
CONSTITUCIÓN DEL MOTOR MONOFÁSICO ESPIRA EN CORTO.
- EL ESTATOR: Está formado por un núcleo de chapas magnéticas. Entre la
cara del polo tiene incrustadas las espiras en corto circuito, y sobre el núcleo la
bobina polar inductora. Ver el diagrama abajo.
- EL ROTOR: Es del tipo de jaula de ardilla.
- ESPIRAS DE FRAGER: Son espiras de cobre en cortocircuito, colocadas a
180 grados.
Este motor eléctrico monofásico tiene un rendimiento muy bajo, por lo tanto se
construyen para potencias muy bajas.
Este motor se utiliza en ventiladores pequeños, y se utilizaba mucho en los
motores de tocadiscos, etc.
En este tipo de motores el rotor es del tipo jaula de ardilla y el estator tiene polos
salientes, cada polo está provisto de su propia bobina de excitación, en este tipo
de motores el flujo magnético se desarrolla de una forma distinta que en los
motores con dos devanados (Auxiliar y principal). Un polo magnético esta
físicamente dividido o seccionado y tienenpequeños segmentos rodeando con
una bobina “sombreada” en corto circuito.
La corriente alterna de la alimentación monofásica que circula a través del
devanado de campo, produce un flujo alterno, parte del flujo a través de cada
polo se eslabona con la bobina sombreada; esta bobina produce el flujo en la
posición sombreada para pasar por detrás de la porción de polo “no sombreada”
esto da un efecto, un movimiento de flujo a través de la cara del polo, y bajo la
influencia de este flujo en movimiento, se desarrolla al par de arranque.
Tan pronto como el rotor inicia su rotación bajo la influencia del par de arranque,
se crea un par adicional creado por la acción del motor de inducción monofásico.
Por lo tanto, el motor se acelera a una velocidad ligeramente debajo de la
velocidad síncrona y opera como un motor de inducción monofásico.
El par de arranque de un motor de polos sombreados es muy pequeño y por lo
tanto se usa solo para accionar pequeños ventiladores, relojes, eléctricos,
secadores de pelo y otras aplicaciones similares, por lo general sus capacidades
se encuentran debajo de 40 watts (0.05HP)
CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR MONOFÁSICO ESPIRA EN CORTO
1. Son motores de baja potencia.
2. Funcionan sólo con corriente alterna.
3. La espira en corto ocupa 1/3 del polo saliente.
4. La posición de la espira determina el sentido de giro del rotor.
5. Las espiras en los polos, guardan un desfase de 180 grados.
6. Generalmente no utiliza sistema de enfriamiento.
7. La velocidad se puede variar, variando la resistencia de la bobina polar.
MOTORES TRIFÁSICOS
Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica
trifásica suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina
campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator lo que provoca que el
arranque de estos motores no necesite circuito auxiliar, son más pequeños y
livianos que uno monofásico de inducción de la misma potencia, debido a esto
su fabricación representa un costo menor.
Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias,
desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se
los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz)
normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones
nominales distintas.
Estos motores constan de tres partes fundamentales, estator, rotor y escudo
EL ESTATOR: está constituido por un enchapado de hierro al silicio de forma
ranurado, generalmente es introducido a presión dentro de una de la carcasa.
EL ROTOR: es la parte móvil del motor. Está formado por el eje, el enchapado y
unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo
de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las
barras forman en realidad una jaula.
LOS ESCUDOS: por lo general se elaboran de hierro colado. En el centro tienen
cavidades donde se incrustan cojinetes sobre los cuales descansa el eje del
rotor. Los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator,
porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o
"fricciones".
En la siguiente figura muestra los componentes de un motor de inducción, en
donde además del estator y rotor se ven las tapas, baleros y caja de
conexiones.
El arranque o puesta en marcha de los motores de CA, se puede hacer por
conexión directa a la alimentación del voltaje en motores con capacidades de 10
HP o menores, porque la corriente inicial se incrementa de cuatro a ocho veces
el en valor de la corriente a plena carga.
En la siguiente figura muestra el diagrama elemental o de detalle de las
conexiones de un motor conectado directamente a la línea de alimentación, a
través de un arrancador magnético y su estación de botones. Hay muchas
formas de conectar el motor a tensión plena: con arrancador manual,
transformador de control, control a tres hilos con lámpara piloto, etcétera.
Para motores con capacidad mayor 10 HP se recomienda utilizar algún equipo
adicional para el arranque, porque cuando se conectan directamente a la línea
de voltaje pueden provocar fallas en la línea de alimentación y alterar los
equipos que estén conectados a la misma línea, por el incremento de la
corriente de arranque.
La corriente a plena carga es aquella que nos indica que el motor trabaja en
perfectas condiciones sin problemas. Esta es proporcionada por el fabricante y
se encuentra anotada en la placa de datos del motor.
Los motores trifásicos que presentan nueve cables en su caja de conexiones
deben verificarse en su placa de datos, para ver la forma como se conectará.
Generalmente es estrella, doble estrella o delta, doble delta para 440 y 220
volts.
La aplicación de los motores de inducción es muy amplia, porque proporciona
un par de arranque alto y una velocidad constante, lo que es bien aprovechado
en equipos como bombas, troqueladoras, tornos, ventiladores y otros.
En las siguientes figuras presentan estas dos maneras de conectar los motores,
siempre y cuando se cuente con la identificación de los cables a través de los
números con que vienen marcados cada uno (del 1 al 9). Para invertir la
rotación del eje se debe cambiar uno de los cables de la alimentación o bien del
control, esto es L1 con 2 ó L2 con 1.
CONEXIÓN DE MOTORES TRIFASICOS
Para cambiar el sentido de giro, solo hace falta intercambiar dos de las fases.
Motor trifásico 9 puntas
dos tensiones de servicio
220/480 v en estrella
Diagrama vectorial
Conexión para voltaje mayor 480 v
(Serie)
L1 --- T 1
L2 --- T 2
L3 --- T 3
UNIR:
T4 y T7
T5 y T8
T6 Y T9
Motor trifásico 9 puntas dos tensiones de servicio 220/480 en estrella. Conexión para voltaje
480
DIAGRAMA CIRCULAR
Motor trifásico 9 puntas
dos tensiones de servicio
220/480 v conexión para
Voltaje menor (paralelo)
DIAGRAMA VECTORIAL
Conexión para
Voltaje menor
(paralelo)
L1 ---- T 1 y T 7
L2 ---- T 2 y T 8
L3 ---- T 3 y T9
UNIR
T4, T5 yT6
Motor trifásico 9 puntas dos tensiones de servicio 220/480 en estrella. Conexión para voltaje
menor 240 v. (paralelo)
DIAGRAMA CIRCULAR
Motor trifásico 9 puntas
dos tensiones 240/480
en DELTA conexión para
Voltaje mayor 480 v (SERIE)
DIAGRAMA VECTORIAL
Conexión para voltaje
mayor 480 v. una delta
enSERIE
L 1 ----- T 1
L 2 ----- T 2
L 3 ----- T 3
UNIR
T4 y T7
T5 y T8
T6 y T9
Motor trifásico 9 puntas dos tensiones de servicio 220/480 en DELTA. Conexión para voltaje
mayor 480 v. (serie)
DIAGRAMA CIRCULAR
Motor trifásico dos polos
Una tensión 6 puntas en
ESTRELLLA
DIAGRAMA VECTORIAL
Conexión en estrella
UNIR
T 4, T 5 y T 6
L1 ------ T 1
L2 ------ T 2
L3 ------ T 3
DIAGRAMA LINEAL
Motor trifásico dos polos
Una tensión 6 puntas en
DELTA
DIAGRAMA VECTORIAL
Conexión delta
L 1----- T 1 y T 6
L 2 ---- T 2 y T 4
L 3 ---- T 3 y T 5
DIAGRAMA LINEAL