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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
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MOTORES MONOFASICOS
ING. HUBER MURILLO M
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MOTORES MONOFASICOS DE INDUCCION
Los motores eléctricos monofásicos de inducción son una alternativa para
las localidades donde no existe la alimentación trifásica tal como las
residencias, oficinas, zonas rurales, etc.
Dentro de la variedad de tipos los motores con jaula de ardilla se destacan
por su simple fabricación y principalmente por su robustez, confiabilidad y
larga vida sin necesidad de un mantenimiento calificado.
Los motores monofásicos tienen solo una fase de alimentación, no poseen
campo giratorio como en los polifásicos, pero si tienen un campo magnético
pulsante, esto impide que se proporcione un torque en el arranque ya que
el campo magnético
inducido en el rotor está alineado con el campo del estator. Para solucionar
el problema del arranque es que se utiliza un bobinado auxiliar que son
dimensionados adecuadamente y posicionados de tal forma que se crea
una fase ficticia, permitiendo de esta manera la formación de un campo
giratorio necesario en la partida.
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MOTORES MONOFASICOS
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IMPORTANTE
Son máquinas que poseen una fase y cuentan con sus características
mas importantes son :
-
Tienen un campo magnético pulsante.
Carece de un campo magnético giratorio.
El campo magnético del estator esta en fase con el rotor .
Las características anteriores dificultan crear un torque.
En consecuencia necesitamos contar con un dispositivo que logrre crear un
torque para que el motor pueda ponerse en funcionamiento.
De aquí la presencia del bobinado de arranque.
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MOTORES MONOFASICOS
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BOBINADO MONOFASICO
BOBINADO DE
ARRANQUE
BOBINADO DE
TRABAJO
1
2
3
4
U
5
6
7
W
8
9
10
X
11 12 13 14 15
V
16 17 18 19
Y
20
21 22 23 24
Z
PREPARADO PARA TRABAJAR CON DOS TENSIONES 110 Y 220 VOLTIOS
MOTORES MONOFASICOS
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MOTOR DE FASE PARTIDA
TIPOS DE MOTORES.- Existen básicamente cinco tipos de motores
monofásicos con rotor jaula de ardilla clasificados de acuerdo a las
necesidades del torque de arranque.
- Motor de fase dividida.- Posee un arrollamiento principal y otro auxiliar
(solo para la partida), ambos desfasados 90 grados eléctricos.
El arrollamiento auxiliar crea un desequilibrio de fase produciendo el torque
y aceleración necesarios para la rotación inicial.
Cuando el motor llega a tener una velocidad determinada la fase auxiliar se
desconecta de la red a travez de una llave que normalmente actúa por una
fuerza centrífuga (llave centrífuga), tambien puede darse el caso que es
reemplazado por un relé de corriente o una llave externa. Como el bobinado
auxiliar es dimensionado solo para el arranque, si no se desconecta se
quemará. Se fabrica hasta 1 CV.
El ángulo de desfasaje entre las corrientes de los bobinados de trabajo y
arranque es reducido, es por ésta razón que éstos motores tienen un torque
de arranque igual al nominal o ligeramente superior al nominal limitando su
aplicación a cargas mucho mas exigentes.
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BOBINADO DE
ARRANQUE
L1
BOBINADO
DE
TRABAJO
ROTOR
JAULA DE
ARDILLA
L2
LLAVE
CENTRIFUGA
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MOTORES MONOFASICOS
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CARACTERISTICAS DE TORQUE VS VELOCIDAD DEL MOTOR
MONOFASICO DE FASE DIVIDIDA
250
TORQUE ( EN % DEL TORQUE NOMINA
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
VELOCIDAD ( EN % DE LA VELOCIDAD SINCRONA )
MOTORES MONOFASICOS
80
90
100
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MOTOR DE FASE PARTIDA
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CARACTERISTIOCAS DE FUNCIONAMIENTO
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MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE
Es un motor semejante al de fase partida. La principal diferencia reside en la inclusión de
un capacitor electrolítico conectado en serie con el bobinado de arranque.
El capacitor permite un mayor ángulo de desfasaje entre las corrientes de de los
arrollamientos de trabajo y arranque.
El circuito de arranque es desconectado cuando el motor se halla entre el 75 a80 % de
la velocidad síncrona.
Para velocidades mayores entre 80 a 90 % de la velocidad síncrona , la curva de torque
con los arrrollamientos combinados cruza la curva del torque del bobinado de trabajo, de
manera que, para velocidades encima de éste punto el motor desarrolla menor torque
para cualquier deslizamiento con el circuito de arranque.
Debido al cruzamiento de las curvas no ocurren siempre en el mismo punto, por lo que el
disyuntor centrífugo no abre siempre exactamente a la misma velocidad .
En la práctica resulta muy comun que la apertura suceda en el medio un poco antes del
cruzamiento de las curvas.
Con su elevado torque de arranque entre 200 a 350 % del torque nominal, este motor
puede ser utilizado en una variedad de aplicaciones y es fabricado en potencias que varía
de 1/4 a 15 CV.
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BOBINADO DE
ARRANQUE
L1
BOBINADO
DE
TRABAJO
ROTOR
JAULA DE
ARDILLA
CAPACITOR
DE
ARRANQUE
L2
LLAVE
CENTRIFUGA
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CARACTERISTICAS DE TORQUE VS VELOVIDAD DE UN MOTOR
MONOFASICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE
300
TORQUE ( % DEL TORQUE NOMINAL
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
VELOCIDAD ( % DE LA VELOCIDAD SINCRONA )
MOTORES MONOFASICOS
80
90
100
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MOTOR CON CAPACITOR PERMANENTE
En este tipo de motor el bobinado de arranque y el capacitor se hallan
permanentemente energizados.
El efecto de éste capacitor es de crear las condiciones de flujo muy semejantes
a los estudiados en los motores polifásicos, aumentando con esto el torque
máximo, el rensdimiento y el factor de potencia.
Así mismo se reduce sensiblemente el ruido.
Constructivamente son mejores pues no utilizan contactos en sus partes
móbiles.
Poseen un torque de arranque bajo ( 50 a 100 % T nominal ) limitando su
aplicación a cargas pesadas.
Son fabricados normalmente para potencias de 1/50 a 1.5 CV.
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BOBINADO DE
ARRANQUE
L1
BOBINADO
DE
TRABAJO
ROTOR
JAULA DE
ARDILLA
CAPACITOR
PERMANENTE
L2
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CARCATERISTICAS DE TORQUE VS VELOCIDAD DE UN MOTOR
MONOFASICO CON CAPACITOR PERMANENTE
250
TORQUE ( % DEL TORQUE NOMINAL
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
VELOCIDAD ( % DE LA VELOCIDAD SINCRONA )
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MOTOR CON DOS CAPACITORE :
DE ARRANQUE Y PERMANENTE
Es un motor que utiliza:
- Un capacitor permanente y
- Un capacitor de arranque
Con la reunión de éstas características se obtiene un motor de excelentes
características de torque, eficiencia y factor de potencia.
Se construyen motores superiores a 1CV.
El costo de fabricación es elevado y solo se justifica para potencias
mayores de 3 CV.
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BOBINADO DE
ARRANQUE
L1
BOBINADO
DE
TRABAJO
ROTOR
JAULA DE
ARDILLA
CAPACITOR
PERMANENTE
CAPACITOR
DE
ARRANQUE
LLAVE
CENTRIFUGA
L2
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MOTORES MONOFASICOS
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CARACTERISTICAS DE TORQUE VS VELOCIDAD DE UN MOTOR
MONOFASICO CON DOS CAPACITORES: ARRANQUE Y
PERMANENTE
400
TORQUE ( % DEL TORQUE NOMINAL
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
VELOCIDAD
MOTORES MONOFASICOS
40
50
60
70
( % DE LA VELOCIDAD SINCRONA )
80
90
100
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MOTORES MONOFASICOS
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EFICIENCIA EN MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOS
100
95
90
MOTOR CON DOS CAPACITORES
EFICIENCIA ( %
85
80
75
MOTOR CONVENCIONAL
70
65
60
55
50
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
POTENCIA UTIL ( HP )
MOTORES MONOFASICOS
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
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HM
FACTOR DE POTENCIA EN MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOS
1
0.95
MOTOR CON DOS CAPACITORES
0.9
FACTOR DE POTENCIA
0.85
0.8
0.75
MOTOR CONVENCIONAL
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
POTENCIA UTIL ( HP )
MOTORES MONOFASICOS
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
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CORRIENTE EN MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS
60
50
CORRIENTE
( AMPERIOS
MOTOR CONVENCIONAL
40
MOTOR CON DOS CAPACITORES
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
POTENCIA UTIL ( HP )
MOTORES MONOFASICOS
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
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MOTOR DE POLOS SOMBREADOS
Se destaca entre los motores monofásicos por la simplicidad en el
arranque, bajo costo y muy buena confiabilidad.
Se subdividen en tres tipos: de polos salientes , tipo esqueleto y de arrollamientos distribuidos.
El mas conocido es el de polos salientes, observese que una parte de cada
polo (en general 25 a 30 % del mismo) es abrazada por una espira de cobre
en corto circuito.
La corriente inducida en esta espira con el flujo que la atravieza sobre un
retrazo con relación al flujo de la parte no abrazada de la misma.
El resultado de éste efecto es semejante al campo giratorio que se mueve
en dirección de la parte no abrazada hacia la parte abrazada del polo,
produciendo el torque que hará que el motor arranque hasta su velocidad
nominal.
El sentido de rotación depende del lado en que se sitúa la parte abrazada
del polo.
Consecuentemente este tipo de motor tiene un único sentido de rotación.
Tambien presentan un bajo torque(15 a 50 % de la nominal), bajo
rendimiento y bajo factor de potencia, motivo por el cual se fabrican hasta
0.25 CV.
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MOTORES MONOFASICOS
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CARACTERISTICAS DE TORQUE VS VELOCIDAD DE UN
MOTOR MONOFASICO DE POLOS SOMBREADOS
140
TORQUE ( % DEL TORQUE NOMINAL
120
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
VELOCIDAD ( % DE LA VELOCIDAD SINCRONA )
MOTORES MONOFASICOS
80
90
100
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MOTORES MONOFASICOS
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MOTORES MONOFASICOS
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HM
SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO EN MOTORES
ASINCRONOS MONOFASICOS
CIRCUITO DE FUERZA
CIRCUITO DE CONTROL
R
S
T
T
R
95
96
L.T.
97
98
T.E.
CISTERNA
OFF
C.
R.T.
C
ON
A1
C
A2
M 1φ
ON
OFF (R.T.)
T
S
ESQUEMA DE MOTORES MONOFASICOS UTILIZADOS COMO
ELECTROBOMBAS DE AGUA CON CISTERNA Y TANQUE ELEVADO
MOTORES MONOFASICOS
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DIAGRAMA DE BLOQUES EN LA INSTALACION
DE ELECTROBOMBAS MONOFASICAS
INSTALACION COMPLETAMENTE
AUTOMATIZADA
TABERIAS DE
IMPULSION
TANQUE ELEVADO
TABERIAS DE
SUPCION
TABLERO
ELECTRICO
ELECTROBOMBA
CISTERNA
MOTORES MONOFASICOS
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CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR MONOFASICO
- J XC
RC
R1P
a² R1A
JX1P
Ja² X1P
R2’ / 2S
JXM / 2
EBP
JX2’/2
Ja² XM / 2
EBA
a² R2’1 / S
Ja² X2’ / S
V
RM
a² R2’1 / 2 ( 2-S)
R2’ / 2 ( 2 - S )
JXM / 2
Ja² XM / 2
EBPR
JX2’ / 2
EBAF
Ja² X2’ / 2
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HM
HM
Continuacion
DONDE
V
= Tensión nominal en voltios.
R1P = Resistencia del bobinado principal.
X1P = Reactancia del bobinado principal.
RM = Resistencia de pérdidas en el núcleo.
XM = Reactancia de magnetización.
R2’ = Reistencia del rototr referida al estator.
X2’ = Reactancia del rotor referida al estator.
Rc = Resistencia de pérdidas del condensador.
Xc = Reactancia del condensador.
R1A = Resistencia del bobinado auxiliarl.
X1A = Reactancia de dispersión del bobinado auxiliar.
a
= Relación de vueltas del bobinado auxiliar respecto al principal.
EBP
= Tensión inducida en el bobinado principal.
EBPR = Tensión inducida debido al bobinado auxiliar.
EBA = Tensión inducida en el bobinado auxiliar.
EBAF = Tensión inducida debido al bobinado principal.
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ANALISIS DE LAS PRUEBAS
1.- ENSAYOS DE VACIO ( S ≈ 0 )
Iφ
Iφ
R1P + ( R2’ / 4K2 )
Iφ
IM
V
RM
XM ( 2K2 ² - 1 )
J --------------------2K2
V
K2 = 1 + X2’ / XM
Considerando Iφ = Iφ’
Rφ = R1P + R2’ / 4K2
Xφ
Xφ = XM ( 2K2² - 1 ) / 2K2
Zφ = Vφ / Iφ
Rφ
JXφ
= XM ( 2K2 ² - 1 ) / 2K2
XM = 2K2 Xφ / ( 2K² - 1 )
Calculando XM obtenemos :
Rφ = Wφ / Iφ ²
Xφ = { Zφ ² - Rφ ² } ½
XM = [ 4 Uo FD / Kc FS g ] { Tce / p } ²
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Continuacion
DONDE
Uo
F
D
Tce
P
Kc
g’
= Permeabilidad del vacio.
= Frecuencia de la red.
= Diámetro del estator.
= Total de conductores efectivos.
= Número de polos.
= Factor de entrehierro. g ’ = Kc . g
= Entrehierro corregido.
Kc = Kc1 . Kc2
FS = Factor de saturación.
g
= Entrehierro.
Pero
RM =
V φ / Wfe.
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ANALISIS DE LAS PRUEBAS
2.- ENSAYOS DE CORTO CIRCUITO ( S = 1 )
Icc
R1P
JX1P
R2’ / K2²
Vcc
X2’ / K2
Zcc =
Vcc / Icc
Asuiendo
Rcc =
Wcc / Icc ²
Xcc =
Xcc = { Zcc ² - Rcc ² } ½
Rcc =
R1P + [ R2’ / K2 ]
Xcc
X1 + X2’ / K2
=
X1 = X2
X1 + x2’ = 2 X1
X1 = Xcc / 2
R2’ = ( Rcc - R1P ) / K2²
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ANALISIS DE LAS PRUEBAS
3.- OPERACION NORMAL
R1P
J X1P
R2’ / 2s
JXM / 2
J X2’ / 2
V
RM
R2’ / 2 ( 2 - s )
JXM / 2
J X2’ / 2
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