Motor eléctrico - ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Motor eléctrico
Campo magnético que rota como suma de vectores magnéticos a partir de 3 bobinas de la fase.
Rotor de un motor eléctrico.
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio
de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar
energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción
usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.
Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar
conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en
vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
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Principio de funcionamiento
Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de
funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra
dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de
acción del campo magnético.
El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo
adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos
ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si
lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos
campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha
energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.
Véanse también: Fuerza de Lorentz y Ley de coulomb
Ventajas
En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:
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A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
Se pueden construir de cualquier tamaño.
Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se
incrementa la potencia de la máquina).
Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la
mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes.
Motores de corriente continua
Artículo principal: Motor de corriente continua
Diversos motores eléctricos.
Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:
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Motor serie
Motor compound
Motor shunt
Motor eléctrico sin escobillas
Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:
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Motor paso a paso
Servomotor
Motor sin núcleo
] Motores de corriente alterna
Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:
Asíncrono o de inducción
Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar
en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del
] Jaula de ardilla
Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente
alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su
forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de
aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos
que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un
hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas)
Artículo principal: Jaula de ardilla
Monofásicos
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Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de trabajo.
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Motor de arranque a condensador. Posee un capacitor electrolítico en serie con la bobina de arranque
la cual proporciona más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual
mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia.
Motor de marcha.
Motor de doble capacitor.
Motor de polos sombreados o polo sombra.
Trifásicos
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Motor de Inducción.
A tres fases
La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres
fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al
resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces
la tensión de cada fase es 220 V.
Véase también: Sistema trifásico
Rotor Devanado
El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos
deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se
pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.
Monofásicos
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Motor universal
Motor de Inducción-Repulsión.
Motor de fase partida
Motor por reluctancia
Motor de polos sombreados
] Trifásico
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Motor de rotor devanado.
Motor asíncrono
Motor síncrono
Síncrono
En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el
campo magnético del estator.
Usos
Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite
introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras.
Cambio de sentido de giro
Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos
simples pasos tales como:
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Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque
Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación
correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.
Para motores de a.c. es necesario invertir los contactos del par de arranque.
Regulación de velocidad
En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la
frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseño del
motor. Esto último es posible en los motores de devanado separado, o los motores de conexión Dahlander.
Motor eléctrico
Existen varios tipos de motores y continuará proliferando nuevos tipos de motores
según avance la tecnología. Pero antes de adentrarnos en la clasificación, vamos a
definir los elementos que componen a los motores.
1. La carcasa o caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte externa.
2. El inductor, llamado estartor cuando se trata de motores de corriente alterna,
consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado
estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa.
3. El inducido, llamado rotor cuando se trata de motores de corriente alterna, consta
de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado
rotórico, que constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del
motor.
Ahora que ya sabemos diferencias las diferentes partes que componen un motor,
vamos a clasificarlos:
1. Motores de corriente alterna, se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor
trifásico asíncrono de jaula de ardilla.
2. Motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la
velocidad, montacargas, locomoción, etc.
3. Motores universales. Son los que pueden funcionan con corriente alterna o continua,
se usan mucho en electrodomésticos. Son los motores con colector.
Pero no nos quedemos aquí, realicemos una clasificación más amplia:
Motor de corriente alterna.
Podemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor
y por el número de fases de alimentación. Vamos a ello:
1. Por su velocidad de giro.
1. Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo
magnético generado por el estártor supera a la velocidad de giro del rotor.
2. Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo
magnético del estártor es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor
es la parte móvil del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con
una subclasificación:
- Motores síncronos trifásicos.
- Motores asíncronos sincronizados.
- Motores con un rotor de imán permanente.
2. Por el tipo de rotor.
- Motores de anillos rozantes.
- Motores con colector.
- Motores de jaula de ardilla.
3. Por su número de fases de alimentación.
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Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
monofásicos.
bifásicos.
trifásicos.
con arranque auxiliar bobinado.
con arranque auxiliar bobinado y con condensador.
Motor de corriente continua.
La clasificación de este tipo de motores se realiza en función de los bobinados del
inductor y del inducido:
- Motores de excitación en serie.
- Motores de excitación en paralelo.
- Motores de excitación compuesta.
CAPACITORES
EN MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS
Dos conductores cargados eléctricamente separados por un aislador se dice que forman un
capacitor.
Estas cargas de origen eléctrico son de igual magnitud pero de signos opuestos. Se forma un
campo
eléctrico “E” entre los dos conductores que es proporcional a la magnitud de la carga, y por lo tanto
la
diferencia de potencial (o voltaje) ente los dos conductores es también proporcional a esa carga
(Q).
El capacitor más común consiste en dos placas paralelas separadas una distancia muy pequeña
comparada con sus dimensiones lineales, ver Fig. #1. en los diagramas se representa
Se define como su Capacitancia “C” en Faradios (en honor a Michael Faraday), a la relación de la
carga
eléctrica de las placas en Coulombios a su diferencia de Potencial (voltios). C = Q/V, y se
demuestra
también que (en el sistema MKSC)
ε Permitividad Eléctrica C2N -1m -2
C = ε A/d, en donde ó capacidad específica de inducción
A Área de las placas paralelas m2
d Separación de las placas paralelas
(Nota: el Faradio es una unidad sumamente grande por lo que se utiliza el microfaradio μF )
También se demuestra que la energía (en Julios) de un capacitor está dada por la relación:
W = CV2/2
Los capacitores tienen muchas diversas aplicaciones en circuitos eléctricos, en el campo de la
refrigeración y del aire acondicionado, en los motores de compresores, ventiladores, etc. En los
motores
monofásicos para mejorar su arranque, eficiencia, ruido y factor de potencia, en los trifásicos
mejorando,
su eficiencia y factor de potencia, reflejándose en una reducción del consumo y costo eléctrico
importantes.
En este artículo revisaremos en principio la aplicación de los capacitores en los motores
monofásicos
para los compresores de refrigeración y aire acondicionado
CAPACITORES PARA EL ARRANQUE DEL MOTOR MONOFÁSICO.
Llamados simplemente “Capacitores de Arranque”, se usa para mejorar el arranque de los motores
monofásicos. El motor monofásico de inducción por su naturaleza solo tiene una fase y un
devanado
para su operación, este produce un campo magnético del tipo oscilatorio que no hace posible su
inducción al rotor en una forma rotatoria, por lo que no puede hacerlo girar. Por lo tanto es
necesario
crear un medio auxiliar para iniciar el movimiento del rotor esto se logra con un devanado auxiliar
de
arranque Este devanado se caracteriza por tener su alambre magneto una alta resistencia eléctrica
y es
de diámetro delgado y de muchas vueltas, comparado con el devanado de marcha u operación que
es
de baja resistencia, y de menor número de vueltas, logrando con esto un desfasamiento eléctrico y
físico,
ya que las impedancias de los dos devanados es diferente. Estos dos campos magnéticos
desfasados
son de origen oscilatorio, que sumados eléctricamente causan un campo de naturaleza rotatorio,
que
hacen mover el rotor. El Capacitor de Arranque crea un desfasamiento aún mayor que causa que
las
características de arranque (el par) se mejoren notablemente. Los motores aplicados a
compresores
para refrigeración (en los que su relación de compresión es alta) debido al alto par, siempre es
requerido
el capacitor de arranque. Para ventiladores (de bajo par de arranque), y en compresores para aire
acondicionado, en que la relación de compresión es baja, por lo general el capacitor de arranque
no es
requerido (motor con capacitor de marcha permanente, “Permanente Split Capacitor Motor). En
motores
de alta eficiencia es necesario desconectar el devanado de arranque y el capacitor de arranque
una vez
que el motor alcance su velocidad, ya que mantenerlos operando nos causaría perdidas. Su
utilización
es de forma intermitente, el devanado de arranque y el capacitor se desconectan mediante un Relé
de
potencial o de corriente, a medida que el rotor aumenta su velocidad crea su propia reacción
magnética
de armadura, induciendo en el devanado de arranque y de marcha, el voltaje de corte requerido
para el
Relé de potencial actúe para desconectar el devanado y el capacitor de arranque. La carga
eléctrica
almacenada en el capacitor se descarga a través de los contactos del Relé ocasionado que estos
se
flameen y se dañen. Para evitar estas situaciones se conecta en paralelo en las terminales del
capacitor
de arranque una resistencia de 15000 a 18000 Ohms, para que el capacitor se descargue a través
de
este, y evitar el daño a los contactos del Relé..
SCR
Línea
L! L2
Capacitor de Arranque
Capacitor de Marcha
Devanado
Principal
Devanado
De Arranque
Fig 2 Diagrama Eléctrico de un Motor de Compresor
Con Capacitor de Arranque y Capacitor de Marcha
(CSCR Capacitor Start – Capacitor Run
Motores trifásicos.
Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en
la industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases, además de
que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse invirtiendo dos puntas
cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección
opuesta.
Tipos y características
Los motores trifásicos se usan para accionar máquinas-herramientas, bombas, elevadores, ventiladores,
sopladores y muchas otras máquinas. Básicamente están construidos de tres partes esenciales: Estator, rotor y
tapas. El estator consiste de un marco o carcasa y un núcleo laminado de acero al silicio, así como un
devanado formado por bobinas individuales colocadas en sus ranuras. Básicamente son de dos tipos:
 De jaula de ardilla.
 De rotor devanado
El de jaula de ardilla es el más usado y recibe este nombre debido a que parece una jaula de ardilla de
aluminio fundido. Ambos tipos de rotores contienen un núcleo laminado en contacto sobre el eje. El motor
tiene tapas en ambos lados, sobre las cuales se encuentran montados los baleros sobre los que rueda el rotor.
Estas tapas se fijan a la carcasa en ambos extremos por medio de tomillos de sujeción. Los baleros o
chumaceras pueden ser de rodillos o de deslizamiento.
Aplicación
Como sabemos, el motor eléctrico es una maquina rotatoria de movimiento infinito, que convierte energía
eléctrica en energía mecánica, como consecuencia desarrollamos directamente en su aplicación trabajos
mecánicos primordialmente rotatorios, sin embargo, mediante dispositivos, podemos convertir el movimiento
rotatorio en movimientos bien determinados, dependiendo de su aplicación.
Condiciones de alimentación
Los motores eléctricos pueden ser alimentados por sistemas de una fase, denominándose motores
monofásicos; y si son alimentados por 2 líneas de alimentación, se les nombra motores bifásicos; siendo así
que los motores trifásicos son aquellos que se alimentan de tres fases, también conocidos como sistemas
polifásicos. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2 300 V y 6 000 V.
INVERSIÓN del SENTIDO de ROTACIÓN de un MOTOR MONOFÁSICO
La inversión de sentido de rotación de un motor monofásico puede resultar de muy fácil a más
complicado según el mono tipo de motor.
Es necesario en efecto distinguir 2 categorías en mono tensión 230 Voltios:
- El bobinado en monofásico con 2 enrrollamientos: 1 enrrollamiento principal y 1 enrrollamiento
auxiliar (de resistencia superior a la del principal).
- El bobinado en bifásico con 2 enrrollamientos distintos de mismas características.
El principio de inversión del sentido de rotación es el mismo todavía: dado que se conectó los 2
enrrollamientos en paralelos, basta con invertir un enrrollamiento con relación al otro.
Para la bifásico 2. O solución simplifica la inversión: basta con invertir la alimentación del sector a
los terminales del condensador
El acoplamiento que debe efectuarse muy simplista al principio puede complicarse por ejemplo
cuando 3 hijos salen del motor, y allí es imprescindible con saber a qué tipo de motor se tiene que
hacer.
Motor 3 hijos de salidas
Con 3 hijos de salidas monofásico y bifásico pueden seres confundidos :
Para situar el monofásico del bifásico sólo hay una solución esto es el medir al ohmímetro la
resistencia de los enrrollamientos entre 1,2 y 3, muy al tener conocimiento que en un “tipo
monofásico” la resistencia del enrrollamiento auxiliar es mucho mayor que la del enrrollamiento
principal, y en el “tipo bifásico” los 2 enrrollamientos son idénticos.
En el 1. O caso (monofásico) las medidas entre:
1 y 2, la resistencia va a ser superior
1 y 3, la resistencia va a ser inferior
2 y 3 la resistencia va a ser media
En el 2. O caso (bifásico) las medidas entre:
1 y 2, la resistencia va a ser superior
1 y 3 ó 2 y 3, la resistencia va a ser inferior a 1 y 2 pero iguala entre 1et 3 ó 2 y 3.
Es solamente en comparación y conociendo el tipo de medida que se puede determinar cuál es el
tipo de acoplamiento del motor.
Pues para 3 hijos de salidas: en el caso del motor bifásico ningún problema para la inversión, para
el caso del monofásico no hay otra solución que de reanudar las conexiones al estator. (véase la
página reparación de las conexiones).
Motor 4 hijos de salidas
A priori con 4 hijos de salidas se pensaría no tener problema para hacer la inversión, pero es sin
contar con los motores específicos es decir, fuera de las normas de fabricación especial es por
ejemplo el caso para las bombas o el sentido se predispone precisamente para no poder
cambiarlo.
Hay bien los 4 hijos pero acoplado como esto:
La solución para determinarlo consiste todavía en medir las resistencias de los enrrollamientos al
ohmímetro y darse cuenta que los apartados 2 y 3 están en cortocircuito, basta con reanudar
entonces la medida como un motor a 3 salidas.
La solución para la inversión pasa también (como para 3 hijos de salidas) por la reparación de las
conexiones de salidas al estator.
Configuración posible x numerosas salidas de hijo
COLORES DE HIJO
Que sea a 3 hijos, 4 hijos y más, no hay ninguna norma de colores de hijo , es pues a la discreción
del fabricante y sus existencias de color.
Antes de hacer un acoplamiento es pues muy importante efectuar medidas, incluso para 2 motores
idénticos
INVERSIÓN “MECÁNICA”
La inversión de un motor monofásico puede hacerse a veces mecánicamente invirtiendo
simplemente el rotor con relación al estator, a condición de que el rotor no sea excéntrico (como un
90% de los motores). Pues después de desmontaje del motor y antes de proceder a la inversión es
necesario medir exactamente la profundidad del estator con relación al alcance de los brazos antes
y pospone y con una divergencia de más 3mm, desaconsejo completamente la operación.