tipos motores y detalle de conexiones electricos1
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA
UNEFA “EXCELENCIA EDUCATIVA ABIERTA AL PUEBLO”
UNEFA-CHUAO-CARACAS
CARRERA: INGENIERIA ELECTRÒNICA
ASIGNATURA: CONTROL DE MOTORES
SEMESTRE: 7MO
TIPOS DE MOTORES Y DETALLES DE CONEXIONESELECTRICAS
PROFESOR:
ING. SISTEMA
VIDAL TORRES
MEDINA, EDWARD JOAN C.I:19.226.04
CARACAS, 04 ABRIL DE 2016
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Resumen
El presente taller práctico consiste que un motor es la parte sistemática de
una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo
de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica
capaz de realizar un trabajo. Luego se aborda la temática de que un motor
eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía
mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en
sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un Estátor y
un rotor. La siguiente temática que se aborda son los tipos de motores
eléctricos que son de corriente continua y de corriente alterna.
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Índice
Contenido
Resumen ..................................................................................................................................2
Índice .......................................................................................................................................2
Introducción .............................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
TIPOS MOTORES Y DETALLE DE CONEXIONES ELECTRICOS ..............................6
1. ¿Qué es un motor? ...........................................................................................................6
2. ¿Cómo está formado un motor? ......................................................................................6
El estator ..........................................................................................................................7
Rotor ................................................................................................................................7
Bobinado ..........................................................................................................................8
Carcasa .............................................................................................................................8
Base ..................................................................................................................................9
Caja de Conexiones ..........................................................................................................9
Cojinetes ..........................................................................................................................9
Placas de características .................................................................................................10
3. Tipos de motores (descripción breve de cada uno) ...............................................11
A) Motores térmicos ....................................................................................................12
B) Motores eléctricos ..................................................................................................12
Tipos de motores de combustión interna .................................................................12
4. Tipos de motores Eléctricos (Detalle y características) ..................................................18
Motor de corriente continua ..........................................................................................19
Motores de corriente alterna .........................................................................................27
5. Que son contactores ......................................................................................................44
6. Tipos de contactores ......................................................................................................44
Por su construcción: .......................................................................................................44
Contactores por el tipo de corriente que alimenta a la bobina: .....................................45
Por la categoría del servicio ...........................................................................................46
7. Que es un relé .............................................................................................................47
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8. Relé térmico ................................................................................................................48
9. Relé temporizado ........................................................................................................48
10. Fusibles ........................................................................................................................49
11. Dibujando y Explicando un diagrama de Fuerza y de Control de un motor (utilizaciónde las normas NEMA). .......................................................................................................49
12. Dibujando y Explicando un diagrama de Fuerza y de Control de un motor (utilización
de las normas DIN). ...........................................................................................................49
13. Tipos de alimentación eléctrica en un motor. ..............................................................49
Sistemas de producción, distribución y consumo de energía Eléctrica: .........................49
Tipos de toma corrientes y sus aplicaciones ..................................................................53
14. Describir y Esquematizar los arreglos eléctricos utilizados para los motores. .62
El sistema trifásico .........................................................................................................62
Tensión de servicio .........................................................................................................62
15. Buscar una información técnica de un motor eléctrico (Especificando Marcas
Comerciales/ Hojas de datos).............................................................................................73
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS. DATOS DE PLACA DE MOTORES. ....................................73
Información Principal .....................................................................................................74
Conclusiones ..........................................................................................................................81
Bibliografía .............................................................................................................................82
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Introducción
El presente taller práctico tiene como objetivo primordial conocer,
comprender, asimilar los conceptos sobre que es un motor eléctrico, las
partes que lo conforman o está constituido, tipos de motores eléctricos
detallando sus características, y lo que involucra el control de motores, entre
ellos destacan los equipos y componentes que trata el esquema de fuerza y
esquema de mando del control de motores para luego o posteriormente
estudiar las diferentes normas en la representación de un sistema de
mando, así como los símbolos utilizados en dichas normas. Se analizara
los diferentes esquemas eléctricos de un sistema de mando así como sedesignan los elementos y equipos que se encuentran dentro de un
esquema de automatización. También se aprenderá a dibujar y explicar un
diagrama de fuerza y de control de un motor con la norma ANSI y norma
Europea (DIN).
Control de motores es un término universal que significa muchas cosas,
desde un interruptor simple de volquete hasta un complejo sistema con
componentes tales como relevadores, controles de tiempo e interruptores.
Sin embargo, la función común es la misma en cualquier caso: esto es,
controlar alguna operación del motor eléctrico. Por lo tanto, al seleccionar e
instalar el equipo de control para un motor se debe considerar una gran
cantidad de diversos factores a fin de que aquel pueda funcionar
correctamente junto a la máquina para la que se diseña.
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TIPOS MOTORES Y DETALLE DE CONEXIONES ELECTRICOS
1. ¿Qué es un motor?Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el
sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles
fósiles, química, etc.) en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En
los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.
2. ¿Cómo está formado un motor?Un motor eléctrico está constituido por un circuito magnético, y dos
eléctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en la parte móvil
(rotor). Las partes fundamentales de un motor por el cual está formado son:
estator y rotor, bobinado, carcasa, base, caja de conexiones, cojinetes, placa
de características.
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El estator
El Estator constituye la parte fija del motor. El estator es el elemento que
opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la
rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero simagnéticamente. Como es la parte fija del motor, está compuesta por la
carcasa de acero que contiene al núcleo magnético del devanado estatorico
o inductor. Esta carcasa sirve para proteger y disipar el calor generado
dentro del motor a través de sus aletas. El núcleo estatorico está compuesto
por un conjunto de chapas de hierro apiladas, formando un cilindro hueco,
en cuyo interior se alojara el rotor. En el interior de este núcleo se han
practicado un conjunto de ranuras donde se bobinan el devanado inductor.
Existen dos tipos de estatores:
a) Estator de polos salientes
b) Estator Ranurado
El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero
al silicio (se les llama “paquete”), que tienen la habilidad de permitir que pase
a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator
y los devanados proveen los polos magnéticos. Los polos de un motor
siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de
polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).
Rotor
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Constituye la parte móvil del motor. El rotor es el elemento de transferencia
mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a
mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que
forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:
a) rotor ranurado
b) rotor de polos salientes
c) rotor jaula ardilla
Bobinado
Un motor monofásico tiene dos grupos de devanados en el estator: el primergrupo, se conoce como el devanado principal o devanado de trabajo; el
segundo, se le conoce como devanado auxiliar o de arranque. Estos dos
devanados se conectan en paralelo entre sí, el voltaje de línea se aplica a
ambos al energizar el motor.
Los dos devanados difieren entre sí física y eléctricamente. El devanado de
trabajo está formado de conductor grueso y tiene más espiras que el
devanado de arranque, éste, generalmente se aloja en la parte superior de
las ranuras del estator, en tanto que el de trabajo se aloja en la parte inferior.
El devanado de arranque tiene menos espiras de una sección delgada o
pequeña de conductor.
Carcasa
La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material
empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y suaplicación. Así pues, la carcasa puede ser:
a) Totalmente cerrada
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b) Abierta
c) A prueba de goteo
d) A prueba de explosiones
e) De tipo sumergible
Base
La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de
operación del motor, puede ser de dos tipos:
a) Base Frontal
b) Base lateral
Caja de Conexiones
Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con
caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los
conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación
mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.
Cojinetes
Contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Se
utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que
contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden
dividirse en dos clases generales:
a) Cojinetes de deslizamiento: Operan basándose en el principio
de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa
de lubricante entre el eje y la superficie de apoyo.
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b) Cojinetes de rodamiento: Se utilizan preferentemente en
lugar de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:
Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente
en el arranque.
Son compactos en su diseño.
Tienen una alta precisión de operación.
No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo
deslizante.
Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños
estándares.
Placas de características
Cada motor debe contar con una placa de características, en idioma español,
fácilmente visible y firmemente sujeta al motor con remaches del mismomaterial que las placas. Deben ser de acero inoxidable, la pintura del motor
no debe cubrirlas, la información debe ser grabada en el metal de las placas
de tal manera que pueda ser leída aunque desaparezcan la coloración e
impresiones de superficie.
La siguiente información o datos son los mínimos que debe llevar la placa de
datos y placas auxiliares, de cualquier motor de corriente alterna monofásico
o trifásico, en forma indeleble y en lugar visible.
1) Nombre del fabricante.
2) Tamaño, forma de construcción.
3) Clase de corriente.
4) Clase de máquina; motor, generador, etc.
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5) Número de fabricación.
6) Identificación del tipo de conexión del arrollamiento.
7) Tensión nominal.
8) Intensidad nominal.9) Potencia nominal. Indicación en kW para motores y
generadores de corriente continua e inducción. Potencia
aparente en kVA en generadores síncronos.
10) Unidad de potencia, por ejemplo kW.
11) Régimen de funcionamiento nominal.
12) Factor de potencia.
13) Sentido de giro.14) Velocidad nominal en revoluciones por minuto revol/min.
15) Frecuencia nominal.
16)“Err” excitación en máquinas de corriente continua y máquinas
síncronas. “Lfr” inducido para máquinas asíncronas.
17) forma de conexión del arrollamiento inducido.
18) Máquinas de cc y síncronas: tensión nominal de excitación.
Motores de inducido de anillos rozantes: tensión de parada del
inducido (régimen nominal).
19) Máquinas de cc y síncronas: corriente nominal de excitación.
Motores de inducido de anillos rozantes: intensidad nominal del
motor.
20) Clase de aislamiento.
21) Clase de protección.
22) Peso en Kg o T.
23) Número y año de edición de la disposición VDE tomada comobase.
3. Tipos de motores (descripción breve de cada uno)
Existen diversos tipos de motores siendo los más comunes, los siguientes
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A) Motores térmicos
A) Motores térmicos cuando la energía se obtiene a partir de la energía
calórica que a vez se dividen
Motores de combu stión interna
Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido
del motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir del
cual se obtiene energía mecánica. El fluido del motor antes de iniciar la
combustión es la mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible,
como derivados del petróleo y gasolina, los de gas natural o biocombustibles.
Motores de com bus tión externa
Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido
distinto al fluido del motor. El fluido del motor alcanza un estado térmico de
mayor fuerza posible debe llevar mediante la trasmisión de energía a través
de una pared.
B) Motores eléctricos
B) Motores eléctricos cuando el trabajo se obtiene a partir de una
corriente eléctrica.
Tipos de motores de combustión interna
Motor convencional del Tipo Otto
El motor convencional del tipo Otto es un motor de tipo alternativo de cuatro
tiempos (4T), aunque en fuera de borda y vehículos de dos ruedas hasta una
cierta cilindrada se utilizó mucho el motor de dos tiempos (2T). El rendimiento
térmico de los motores Otto moderno se ve limitado por varios factores, entre
otros la pérdida de energía por la fricción, la refrigeración y falta deconstancia en las condiciones de funcionamiento.
El motor se caracteriza por aspirar una mezcla aire-combustible (típicamente
gasolina dispersa en aire). El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere
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decir de qué se trata de un sistema pistón-cilindro con válvulas de admisión y
válvulas de escape.
El funcionamiento del motor Otto de cuatro tiempos:
Cada cilindro tiene dos válvulas, la válvula de admisión A y la de escape E.
Un mecanismo que se llama árbol de levas las abre y las cierra en los
momentos adecuados. El movimiento de vaivén del émbolo se transforma en
otro de rotación por una biela y una manivela.
El funcionamiento se explica con cuatro fases que se llaman tiempos:
1. tiempo (aspiración): El pistón baja y hace entrar la mezcla de aire y
gasolina preparada por el carburador en la cámara de combustión.
2. tiempo (compresión): El émbolo comprime la mezcla inflamable. Aumenta
la temperatura.
3. tiempo (carrera de trabajo): Una chispa de la bujía inicia la explosión del
gas, la presión aumenta y empuja el pistón hacia abajo. Así el gas caliente
realiza un trabajo.
4. tiempo (carrera de escape): El pistón empuja los gases de combustión
hacia el tubo de escape.
El árbol de manivela convierte el movimiento de vaivén del pistón en otro de
rotación. Durante dos revoluciones sólo hay un acto de trabajo, lo que
provoca vibraciones fuertes. Para reducir éstas, un motor normalmente tiene
varios cilindros, con las carreras de trabajo bien repartidas. En coches
corrientes hay motores de 4 cilindros, en los de lujo 6, 8, 12 o aún más.
La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores,
entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración. En general,
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la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresión. Esta
proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto
modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1,
aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere lautilización de combustibles de alto índice de octano. La eficiencia media de
un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía
calorífica se transforma en energía mecánica.
Motor Diésel
El motor diésel es un motor térmico de combustión interna en el cual el
encendido se logra por la temperatura elevada producto de la compresión del
aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por el ingenieroalemán Rudolf Diesel en 1892. El motor de gasolina al principio tenía muy
poca eficiencia. Rudolf Diésel estudió las razones y desarrolló el motor que
lleva su nombre (1892), cuya eficiencia es bastante mayor. En teoría, el ciclo
diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a
volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La
mayoría de los motores diésel tienen también cuatro tiempos, si bien las
fases son diferentes de las de los motores de gasolina.
Un motor diésel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin
chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de
la presión que se produce en el segundo tiempo motor, compresión. El
combustible diésel se inyecta en la parte superior de la cámara de
compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire
a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy
rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámarase expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este
movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal
del pistón en un movimiento de rotación.
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Hay motores diésel de dos y de cuatro tiempos. Uno de cuatro tiempos se
explica así: En la primera fase se absorbe aire hacia la cámara de
combustión. En la segunda fase, la fase de compresión, el aire se comprime
a una fracción de su volumen original, lo cual hace que se caliente hastaunos 440 ºC. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible
vaporizado dentro de la cámara de combustión, produciéndose el encendido
a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de
potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás, trasmitiendo la energía
al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de
expulsión.
Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender
el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura
adecuada.
La eficiencia de los motores diésel depende, en general, de los mismos
factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina,
llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresión
de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diesel son,
por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se
compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles más
baratos.
Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de
100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores
Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores
diésel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina.
Motor de dos tiempos
El motor de dos tiempos, también denominado motor de ciclos, es un motor
de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico
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(admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del
pistón (una vuelta del cigüeñal). Se diferencía del más conocido y frecuente
motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en el que este último realiza las
cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. Existe tanto en ciclo Ottocomo en ciclo Diésel.
El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4 tiempos, un motor de
combustión interna con un ciclo de cuatro fases de admisión, compresión,
combustión y escape, como el 4 tiempos, pero realizadas todas ellas en sólo
2 tiempos, es decir, en dos movimientos del pistón.
En un motor 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñal
mientras que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos
vueltas de cigüeñal, lo que significa que a misma cilindrada se genera mayor
potencia, pero también un mayor consumo de combustible.
Este motor es el más usual principalmente en motocicletas y motores fuera
de borda.
A diferencia del motor de 4 tiempos no posee un cárter de almacenamiento
del aceite lubricante, sino que el mismo se le agrega directamente junto con
el combustible.
Motor de carga estratificada
Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga
estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un
sistema de re-circulación de los gases resultantes de la combustión y sin
utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión
doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla
rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla
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pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la
cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficientemente
baja como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la
temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido decarbono e hidrocarburos.
Motor de Gas Natural
El gas natural como carburante, se usa en los motores de combustión interna
al igual como se utilizan los carburantes líquidos. Por ahora, ésta es la
principal alternativa al petróleo, principal compuesto tanto de la gasolina
como el diésel.
Hay que tomar en cuenta que el gas natural y el GLP son diferentes, ya que
el segundo es una destilación del petróleo mezclado con propano y butano.
De los dos, el GLP es menos contaminante que el natural, por lo que su uso
es más difundido. Uno de los sucesos que le dio rápida popularidad fue la
presentación a principios de los noventa del Bugatti EB110 con motor a gas,
siendo el auto más rápido del mundo de aquel tiempo.
Debe operar con ciclo Otto dadas sus características propias, por el contrario
los motores con ciclo Diesel deben ser transformados a ciclo Otto cuándo se
quiere que aquellos funcionen con gas natural.
Cuando un motor de ciclo Otto va a utilizar gas natural, no precisa ninguna
transformación mecánica sustancial. Tan solo debe equiparse del sistema de
almacenamiento, carburación y avance del encendido, electroválvulas, así
como añadirle un convertidor catalítico, si así se desea.
Motor eléctrico
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Un motor eléctrico es una maquina eléctrica que transforma energía eléctrica
en energía mecánica por medio interacciones electromagnéticas, dicha
energía eléctrica la absorben por sus bornes. Transforman energía eléctrica
por medio de la acción de los campos magnéticos generados en susbobinas. Son Maquinas Eléctricas rotatorias compuesta por un estator y un
rotor. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los
motores de combustión.
-A igual potencia su tamaño y peso son más reducidos.
-Se puede 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 80%, aumentando
el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
-La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles
pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en
eléctrica.
Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y
demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de
energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de
una batería de varios kilos equivale a la que contienen 80 gramos de
gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos
híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
4. Tipos de motores Eléctricos (Detalle y características)
Se clasifican en dos grandes grupos, según el tipo de red eléctrica a la que
se encuentran conectadas. Así, se tienen:
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A) Motores eléctricos de corriente continuo.
B) Motores eléctricos de corriente alterna.
Motor de corriente continua
El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente
directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía
eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la
acción del campo magnético. En la actualidad existen nuevas aplicaciones
con motores que no producen movimiento rotatorio, sino con algunas
modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen
como motores lineales.
Detalles
Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone
principalmente o está constituida por los siguientes elementos:
El estator
El estator, que mediante el devanado inductor o de excitación es el
encargado de generar y conducir el campo magnético de excitación. El
estator está formado por una corona de material ferromagnético,
denominada culata, en cuyo interior se encuentra dispuestos, en número par,
unos salientes provistos de expansiones en los extremos denominados
polos. En torno a los polos se arrollan los devanados de excitación, que
generan un campo magnético cuando circula por ellos una corriente
continua.
El rotor
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El rotor, constituido por una pieza cilíndrica ranurada, formada por chapas
de material ferromagnético, generalmente de acero laminado con un 2% de
contenido en silicio, para disminuir las perdidas en el circuito magnético. En
las ranuras del rotor se aloja el devanado inducido de la máquina, constituidopor bobinas de hilo o de pletina de cobre; este devanado está cerrado sobre
sí mismo, pues el final de la última bobina se encuentra conectado con el
comienzo de la primera.
El colector de delgas
El colector de delgas, que es un conjunto de láminas de cobre, llamadas
delgas, aisladas entre sí por una capa de mica y que giran solidariamente
con el rotor. Las delgas están conectadas eléctricamente a las bobinas del
devanado inducido y por medio de ellas dicho devanado se puede conectar
con el exterior. Cada delga está unida eléctricamente al punto de conexión
de dos bobinas del devanado inducido, de tal forma que habrá tantas delgas
como bobinas simples posea el devanado.
Los portaescobillas y las escobillas
Los portaescobillas y las escobillas, fabricados los primeros con un material
estructural metálico, mientras que las segundas son generalmente de grafito.
Las escobillas permanecen fijas, sin realizar movimiento alguno, y al deslizar
sobre ellas el colector de delgas se efectúa el contacto eléctrico entre el
devanado inducido y los bornes de conexión de la máquina al exterior.
Elementos mecánicos de soporte
Elementos mecánicos de soporte -como los cojinetes o rodamientos- y deenvoltura.
Características, ventajas y desventajas
Los motores de corriente continua son de los más versátiles en la industria.
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Su fácil control de posición, paro y velocidad lo han convertido en una de las
mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos.
Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida,
pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser
controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor
medio de la industria.
Motores de corriente continúa
Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén
conectados, en:
Motor de excitación serie.
Motor de excitación compuesta (compound).
Motor de excitación en (shunt) o derivación.
Motor eléctrico sin escobillas.
Motor de excitación en serie
El motor serie o motor de excitación en serie, es un tipo de motor eléctrico decorriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de
excitación van conectados en serie. El voltaje aplicado es constante,
mientras que el campo de excitación aumenta con la carga, puesto que la
corriente es la misma corriente de excitación. El flujo aumenta en proporción
a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la carga, la velocidad
cae a medida que aumenta esa carga.
Las principales características de este motor son:
- Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un
motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el
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motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la
intensidad en el inductor es la misma que en el inducido.
- El par motor es casi constante a cualquier velocidad.
- Este motor tiene un par de arranque muy elevado por lo que se utiliza en
ascensores, carretillas elevadoras o motores de arranque de coches.
- La velocidad apenas disminuye cuando aumenta la carga.
- Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya
que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto,
del flujo y de la fuerza contra electromotriz, estabilizándose la intensidad
absorbida.
Motor en serie
Motor de excitación compuesta (compound).
Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un Motor eléctrico
de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados
inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y
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otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados:
inducido, inductor serie e inductor auxiliar.
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado
del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un
alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente
de armadura.
El flujo del campo serie varía directamente a medida que la corriente de
armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se
conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal
shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y
se denominan como compound acumulativo.
Esto provee una característica de velocidad que no es tan “dura” o plana
como la del motor shunt, ni tan “suave” como la de un motor ser ie. Un motor
compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación
del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor
sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces
utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para unrango de velocidades amplio.
El motor compound es un motor de excitación o campo independiente con
propiedades de motor serie. El motor da un par constante por medio del
campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga
igual que el del inducido. Cuantos más amperios pasan por el inducido más
campo serie se origina, claro está, siempre sin pasar del consumo nominal.
El motor shunt o motor de excitación en Paralelo
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El motor de excitación en paralelo es un motor de corriente continua cuyo
bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el
circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.
Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas
por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del
bobinado inductor principal es muy grande.
En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que en
el motor serie (también uno de los componentes del motor de corriente
continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro apenas
sufre variación.
Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más
que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua
en derivación son adecuados para aplicaciones en donde se necesita
velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es
necesario un rango apreciable de velocidades (por medio del control del
campo).
El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante,
como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en
los grupos moto generadores de corriente continua.
Motor eléctrico sin escobillas o motor brushless
Un motor eléctrico sin escobillas o motor brushless es un motor eléctrico queno emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.
Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos
rozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el
rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y
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pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo
que, además, puede ser conductor.
Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna
asíncronos. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy
ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren
menos mantenimiento, pero su control era mucho más complejo. Esta
complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos.
El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez
en alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente
con corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos
motores de corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente
continua, con un rendimiento mucho mayor que un motor de corriente
continua con escobillas. Algunas aplicaciones serían los coches y aviones
con radiocontrol, que funcionan con pilas.
Otros motores sin escobillas, que sólo funcionan con corriente continua son
los que se usan en pequeños aparatos eléctricos de baja potencia, como
lectores de CD-ROM, ventiladores de ordenador, casetes, etc. Sumecanismo se basa en sustituir la conmutación (cambio de polaridad)
mecánica por otra electrónica sin contacto. En este caso, la espira sólo es
impulsada cuando el polo es el correcto, y cuando no lo es, el sistema
electrónico corta el suministro de corriente. Para detectar la posición de la
espira del rotor se utiliza la detección de un campo magnético. Este sistema
electrónico, además, puede informar de la velocidad de giro, o si está
parado, e incluso cortar la corriente si se detiene para que no se queme.
Tienen la desventaja de que no giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -
). Para hacer el cambio se deberían cruzar dos conductores del sistema
electrónico.
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Un sistema algo parecido, para evitar este rozamiento en los anillos, se usa
en los alternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes, sino
que se evita usar uno más robusto y que frenaría mucho el motor.
Actualmente, los alternadores tienen el campo magnético inductor en el rotor,que induce el campo magnético al estátor, que a la vez es inducido. Como el
campo magnético del inductor necesita mucha menos corriente que la que se
va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un rozamiento
menor. Esta configuración la usan desde pequeños alternadores de coche
hasta los generadores de centrales con potencias del orden del megavatio.
Además de los anteriores de corriente continua, existen otros tipos que son
utilizados en electrónica:
Motor pasó a paso
El motor a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de
impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa
que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus
entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera
que un conversor digital-analógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsosprocedentes de sistemas lógicos.
Este motor presenta las ventajas de tener precisión y repetitividad en cuanto
al posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan como motor
de frecuencia variable, motor de corriente continua sin escobillas,
servomotores y motores controlados digitalmente.
Servomotor
Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor
de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier
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posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha
posición.
Un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto envelocidad como en posición.
Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente
continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva
la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.
Motor sin núcleo
Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada
muy cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y
permite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento
(p.e. en máquinas y automática).
Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que
requieren cierta potencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco,
similar a un circuito impreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente
sobre un bobinado imbricado que gira entre imanes permanentes colocados
a ambos lados del disco.
Motores de corriente alterna
Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que
funcionan con este tipo de alimentación eléctrica. Un motor es una máquina
motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía
en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la
energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los
campos magnéticos.
Motores de corriente alterna
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Existe una gran variedad de motores de corriente alterna, entre ellos destaca
cuatro tipos básicos:
Motor universal, puede trabajar tanto CA como en CC Motor asíncrono
Motor síncrono
Motor jaula de ardilla
Motor universal
El motor universal se denomina así por ser el único motor que puede
conectarse tanto a corriente alterna como a corriente continua. Cuando elmotor universal se conecta a la corriente continua con una carga constante,
la velocidad y la potencia aumenta proporcionalmente con el voltaje aplicado.
Cuando el motor universal se conecta a la corriente alterna con carga
constante, la velocidad y la potencia aumentan proporcionalmente con el
voltaje aplicado a partir de los 3000 r.p.m. (revoluciones por minuto).
En el motor universal la velocidad dada para un voltaje en corriente alternaes inferior que a la que se obtendría si se aplica el mismo voltaje pero en
corriente continua.
Por ello hay herramientas, como taladros que para bajar las revoluciones del
motor le intercalan un rectificador de media onda.
Los motores universales se construyen para potencias menores a los 0.5
CV(caballos de vapor) y velocidades de hasta 3000 r.p.m. y presentan unbuen rendimiento.
El principio de funcionamiento del motor universal está determinado por el
efecto el motor que produce un conductor recorrido por una corriente
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eléctrica y que está sometido a un campo magnético. Por acción magneto
motriz existirá un desplazamiento y por ende una rotación.
Constitución de un motor universal
Bobinas conductoras: se las conoce con el nombre de inductor o campos
inductores.
Bobina inducido: es el rotor bobinado y se le conoce con el nombre de
inducido o armadura.
Escobillas: Son fabricadas de carbón por ser un material suave y un
coeficiente de temperatura negativo.
Resortes: Sirven para mantener las escobillas en su lugar por medio de
presión mecánica.
Tapas o escudos: Sirven para sostener el eje del motor y dar la estructura
mecánica al motor.
Es similar a la de un motor en serie de corriente continua, aunque conmuchas y variadas modificaciones:
Los núcleos polares, y todo el circuito magnético, están construidos con
chapas de hierro al silicio aisladas y apiladas para reducir las pérdidas de
energía por corrientes parásitas que se producen a causa de las variaciones
del flujo magnético cuando se conecta a una red de corriente alterna.
Menor número de espiras en el inductor con el inductor con el fin de nosaturar magnéticamente su núcleo y disminuir así las pérdidas por corrientes
de Foucault y por histéresis, aumentar la intensidad de corriente y, por lo
tanto, el par motor y mejorar el factor de potencia.
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Usos
El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el mayor
par de arranque respecto al de los motores de inducción y por su elevadavelocidad de rotación, lo que permite reducir su tamaño y su precio. Así, se
emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo, electrodomésticos
pequeños, etc.
Características de funcionamiento:
.-En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas
características.
-En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de
corriente continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente,
los hace tanto el inductor como en el inducido, con lo que el par motor
conserva su sentido.
-Menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en
alterna el par es pulsatorio. Además, la corriente está limitada por laimpedancia, formada por el inductor y la resistencia del bobinado. Por lo
tanto habrá una caída de tensión debido a reactancia cuando funcione con
corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par.
-Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna,
debido a que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno
cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que obliga a poner un
devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar lafuerza electromotriz inducida por ese motivo.
Principio de funcionamiento en corriente continúa:
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Al invertir la corriente continua del motor en serie, el sentido de rotación
permanece constante. Si se aplica corriente alterna a un motor en serie, el
flujo de corriente en la armadura y en el campo se invierte simultáneamente,
el motor seguirá girando en el mismo sentido.
Principio de funcionamiento en corriente alterna:
Cuando el motor universal es conectado en C.A, su flujo varía cada medio
ciclo.
En la primera mitad de la onda de corriente alterna es denominada positiva,
aquí la corriente en los devanados de la armadura tienen la dirección igual alas manecillas del reloj, es decir de izquierda a derecha, mientras que el flujo
producto del devanado del campo tiene un sentido de derecha a izquierda,
así que el par desarrollado por el motor es contrario al de las manecillas del
reloj.
En la segunda mitad de la onda de corriente alterna, denominada negativa, el
voltaje aplicado invierte su polaridad, así mismo la corriente cambia su
dirección y ahora está de derecha a izquierda, también el flujo producto delos polos está dirigido ahora de izquierda a derecha, el par de arranque no
cambia su dirección, puesto que en la mitad negativa se invierten tanto la
dirección de la corriente, como la del flujo.
Motor asíncrono
Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente
alterna en el que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producirtorsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de
la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una
conmutación mecánica aparte de su misma excitación o para todo o parte de
la energía transferida del estator al rotor, como en los universales, DC y
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motores grandes síncronos. El primer prototipo de motor eléctrico capaz de
funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero
Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en
español, Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, actualmente IEEE) en1888.
Partes de un motor asíncrono trifásico
El motor asíncrono trifásico tiene por dos partes fundamentales:
-Estátor: es la parte fija del motor, está compuesta por la carcasa de acero
que contiene al núcleo magnético del devanado estatórico o inductor. Estacarcasa sirve para proteger y disipar el calor generado dentro del motor a
través de sus aletas. El núcleo estatórico está compuesto por un conjunto de
chapas de hierro apiladas, formado un cilindro hueco, en cuyo interior se
alojará el rótor. En el interior de este núcleo se han practicado un conjunto de
ranuras donde se bobinan el devanado inductor.
- Rótor: es la parte móvil del motor. Acoplado al eje se sitúa el núcleo
rotórico, en cuya superficie de alojan cierto número de barras conductoras
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cortocircuitadas en sus extremos mediante anillos conductores. Este tipo de
rótores se llaman de jaula de ardilla. El eje de giro se sujeta a la carcasa
mediante unos cojinetes o rodamientos, y transmiten el par de fuerzas a la
carga mediante una transmisión mecánica de tipo engranaje, correa, ocadena, con embrague y/o freno mecánico. La transmisión hace la función de
reductor de velocidad, adecuando la velocidad del motor a la velocidad de la
carga.
Desde el punto de vista constructivo, se pueden distinguir dos formas típicas
del rotor:
-rotor de jaula de ardilla
-rotor de bobinado
Máquina asíncrona de rotor de jaula de ardilla
En los motores de jaula de ardilla el devanado del rotor está constituido por
barras de cobre o de aluminio colocadas en las ranuras de la corona rotórica
y unidas en sus extremos a dos anillos del mismo material. El conjunto debarras y anillos tiene aspecto de jaula de ardilla: de ahí el nombre que recibe
este rotor.
El par de arranque de este tipo de motores es relativamente pequeño, y la
intensidad absorbida en el arranque es elevada.
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Maquina asíncrona de rotor bobinado
En los motores asíncronos de rotor bobinado, el devanado rotórico, al igual
que el estatórico, está constituido por hilo de cobre. En las ranuras de la
corona rotórica se alojan, por lo general, tres devanados conectados por un
punto común. Los extremos libres pueden estar conectados a tres anillos de
cobre (anillos rozantes) que giran solidariamente con el eje. Haciendo
contacto con los anillos rozantes, se encuentran unas escobillas,
generalmente de grafito, que están fijas respecto al estator y que permiten
realizar la conexión de los tres devanados rotóricos con el exterior.
Aunque desde el punto de vista constructivo el motor de rotor bobinado es
más complejo y menos robusto que el de jaula de ardilla, se puede lograr un
par de arranque aproximadamente 2,5 veces superior al nominal y una
corriente de arranque menor que en el caso de rotor en jaula de ardilla.
También, mediante el uso de las resistencias, se puede regular la velocidad
de giro del motor.
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- Refrigeración: si acoplamos un ventilador al eje de giro, éste refrigerará al
motor cuando gire, evacuando el calor al exterior, esto se llama auto-
ventilación. También existen motores con ventilación forzada, si el ventiladortiene su propio motor, o refrigerados con agua, aceite,…
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- Caja de bornes: Aloja a los terminales de los devanados estatórios para su
conexión a la alimentación. Existen 2 terminales por devanado, y un
devanado por fase.
- Entrehierro: Es el espacio de aire que separa el Estátor del rótor. Debe ser
lo más reducido posible para minimizar los flujos de dispersión y reducir la
reluctancia del circuito magnético (el aire conduce peor el flujo magnético
que el hierro).
Principio de funcionamiento de los motores asíncronos
El principio de funcionamiento de los motores asíncronos es más complejoque el de los motores de corriente continua. Se basa en la acción que ejerce
sobre el rotor un campo magnético giratorio producido por el devanado
estatórico.
El motor asincrónico funciona según el principio de inducción mutua de
Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras, se
produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya
frecuencia será igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta almotor. Este campo al girar alrededor del rotor en estado de reposo, inducirá
corrientes en el mismo, que producirán a su vez un campo magnético que
seguirá el movimiento del campo estatórico, produciendo una cupla o par
motor que hace que el rotor gire (principio de inducción mutua). No obstante,
como la inducción en el rotor sólo se produce si hay una diferencia en las
velocidades relativas del campo estatórico y el rotórico, la velocidad del rotor
nunca alcanza a la del campo rotante. De lo contrario, si ambas velocidades
fuesen iguales, no habría inducción y el rotor no produciría par. A esta
diferencia de velocidad se la denomina "deslizamiento" y se mide en términos
porcentuales, por lo que ésta es la razón por la cual a los motores de
inducción se los denomina asincrónicos, ya que la velocidad rotórica difiere
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levemente de la del campo rotante. El deslizamiento difiere con la carga
mecánica aplicada al rotor, siendo máximo con la máxima carga aplicada al
mismo. Sin embargo, a pesar de esto, el motor varía poco su velocidad, pero
el par motor o cupla aumenta (y con ello la intensidad de corrienteconsumida) por lo que se puede deducir que son motores de velocidad
constante.
Eléctricamente hablando, se puede definir al motor asincrónico como un
Transformador eléctrico cuyos bobinados del estator representan el primario,
y los devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en
cortocircuito.
En el momento del arranque, producto del estado de reposo del rotor, la
velocidad relativa entre campo estatórico y rotórico es muy elevada. Por lo
tanto, la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se
opone siempre al del estator) es máximo. Como consecuencia, la impedancia
del estator es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta,
pudiendo llegar a valores de hasta 7 veces la intensidad nominal. Este valor
no hace ningún daño al motor ya que es transitorio, y el fuerte par de
arranque hace que el rotor gire enseguida, pero causa bajones de tensión
abruptos y momentáneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en
las lámparas lo cual es molesto, y puede producir daños en equipos
electrónicos sensibles. Los motores de inducción están todos preparados
para soportar esta corriente de arranque, pero repetidos y muy frecuentes
arranques sin períodos de descanso pueden elevar progresivamente la
temperatura del estator y comprometer la vida útil de los devanados del
mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento. Por eso se
utilizan en potencias medianas y grandes, dispositivos electrónicos de
"arranque suave", que minimizan la corriente de arranque del motor.
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Al ganar velocidad el rotor, la corriente del mismo disminuye, el flujo rotórico
también, y con ello la impedancia de los devanados del estator, recordemos
que es un fenómeno de inducción mutua. La situación es la misma que la de
conectar un transformador con el secundario en corto a la red de CA y luegocon una resistencia variable intercalada ir aumentando progresivamente la
resistencia de carga hasta llegar a la intensidad nominal del secundario. Por
ende, lo que sucede en el circuito estatórico es un reflejo de lo que sucede
en el circuito rotórico.
Campos magnéticos giratorios
Un ejemplo puede servir para poner de manifiesto la manera en que se
produce un campo magnético giratorio. En el estator de una maquina
eléctrica trifásica se encuentran dispuesto tres devanados desfasados entre
si 120º geométricos. Cada uno de ellos está conectado a una fase de la red
eléctrica trifásica. Por regla general, los motores asíncronos disponen en su
caja de bornes de los seis terminales de los devanados, lo que permite que
los devanados se puedan conectar en estrella o triangulo.
Arranque de los motores asíncronos
Para el arranque de los motores asíncronos se requiere una corriente
elevada que puede provocar una caída de tensión en los demás
consumidores, de manera especial si la sección de los cables de
alimentación del motor no es lo suficientemente grande. Muchas veces, esta
caída de tensión resulta perceptible en los aparatos de alumbrado.
En el arranque de motores asíncronos conectados directamente a la red
eléctrica la corriente inicial puede llegar a ser 6 veces superior a la nominal, y
su par de arranque inicial 1,5 veces mayor que el nominal.
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Para evitar este incremento de la corriente y del par se suelen utilizar
diversos sistemas de arranque que limitan la corriente en el instante inicial.
En el caso de motores de jaula de ardilla, los métodos de arranque que se
utilizan se basan en una reducción de la tensión aplicada en los bornes delestator del motor. Estos métodos son:
-inserción de una impedancia estatórica
-arranque por autotransformador
-arranque estrella-triangulo
En el caso de motores de rotor bobinado, además de los métodos anteriores,
la corriente inicial se puede limitar por medio de la inserción de resistencias
en el circuito del rotor gracias a los anillos rozantes.
Arranque con impedancia en el estator
En este tipo de arranque se busca disminuir la tensión aplicada a los bornes
del estator del motor por medio de la inclusión de resistencias. En el
momento del arranque todas las resistencias estarán conectadas y
posteriormente, cuando el motor adquiera velocidad, se irán desconectando
paulatinamente. En las figuras se representa el arranque de un motor
mediante resistencias estatóricas en tres tiempos, así como las curvas de la
corriente y del par en función de la velocidad para los tres tiempos.
Arranque por autotransformador
Se intercala un autotransformador entre el motor y la red para modificar latensión aplicada a los devanados del estator.
Al igual que en el caso anterior, el proceso de arranque puede tener varios
tiempos.
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Este tipo de arranque precisa de una serie de equipos de maniobra de precio
elevado, por lo que su utilización solo se encuentra justificada en el caso de
motores de grandes potencias.
Arranque por estrella-triangulo
Este arranque se lleva a cabo en aquellos motores que, en su caja de
conexiones, tienen disponibles los seis terminales correspondientes a los
devanados de las tres fases del estator.
Este método consiste en conectar en el momento de arranque los devanados
en forma de estrella, de manera que la tensión aplicada a cualquiera de los
devanados en forma de estrella, de manera que la tensión aplicada a
cualquiera de los devanados del motor será la tensión de fase; y cuando el
motor adquiera velocidad se conectan los devanados en triangulo, y asi la
tensión aplicada a cada uno de los devanados del estator es la tensión de
línea.
Arranque por inserción de resistencia en el circuito rotórico
En los motores de anillos rozantes se puede limitar la corriente de arranquepor medio de la inclusión en el circuito rotórico de resistencias, que
posteriormente, a medida que el motor gane velocidad
Motor síncrono
Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la
rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de
alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número
entero de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y depende de la
frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el
número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como
"velocidad de sincronismo". Este tipo de motor contiene electro magnetos en
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el estátor del motor que crean un campo magnético que rota en el tiempo a
esta velocidad de sincronismo.
Partes de un motor síncrono
Los motores síncronos tienen las siguientes características:
Tienen un estator de trifásico similar al de un motor de inducción. Son
usados por lo general en instalaciones de voltajes medianos. El estator o
parte estática, de una maquina síncrona es similar al de una maquina
asíncrona. Contiene un devanado trifásico de corriente alterna denominado
devanado inducido y un circuito magnético formado por un apilamiento de
chapas magnéticas. El campo magnético presente en le estator de una
maquina sincrónica gira con una velocidad constante. La velocidad de giro en
régimen permanente está ligada con la frecuencia de la tensión en bornes y
el número de pares de polos.
Tienen un rotor bobinado (campo rotatorio) que tienen el mismo número de
polos que el estator, el cual es excitado por medio de una fuente externa de
corriente continua y un devanado en corto circuito, que impide el
funcionamiento de la maquina a una velocidad distinta a la de sincronismo,
denominado devanado amortiguador. Además contiene un circuito magnético
formado por apilamiento de chapas magnéticas de menor espesor que las
del estator.
El resto de las características del rotor están relacionadas con el objetivo de
obtener un campo entre el rotor y el estator de carácter senoidal y depende
del tipo de maquina síncrona:
Máquina de polos salientes: el rotor presenta expansiones polares que
dan lugar a un entrehierro.
Máquina de rotor liso: el devanado de campo está distribuido en
varias bobinas situadas en diferentes ángulos.
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Arranca como un motor de inducción. El motor síncrono tiene también un
devanado tipo de jaula ardilla conocido como devanado amortiguador que
sirve para producir la fuerza de torsión para el arranqué del motor
El rotor está formado por un imán permanente, y el estator por un conjunto
bobinas capaces de generar un campo rotatorio.
La velocidad de giro viene fijada por la frecuencia de la corriente alterna que
lo alimenta, partida por el número
Principio de funcionamiento de como motor:
En este caso se lleva la maquina síncrona a la velocidad de sincronismo,
pues la maquina síncrona no tiene par de arranqué y se alimenta del
devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua y el
devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La
interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el giro
del rotor a la velocidad de sincronismo.
Maquina síncrona trifásica tradicional
Una máquina síncrona trifásica tradicional está compuesta por un estator
similar al de las máquinas asíncronas, con un múltiplo p de pares de polos
desfasados 120º, capaces de crear un campo magnético uniforme rotatorio
dentro del mismo. Y en el rótor encontramos unos electroimanes, bien con
polos salientes o lisos. Para alimentar a estos polos magnéticos,
introducimos la corriente mediante unos anillos rozantes y escobillas. Estos
motores necesitan por tanto corriente continua para excitar el rótor, bien sea
mediante un generador solidario al eje o con una fuente de alimentación
externa.
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Cómo el rótor está imantado, siempre se posicionará alineado con el campo
magnético creado por el estator, y por tanto, su velocidad de giro coincide
exactamente con la velocidad de sincronismo. Esta es la característica
fundamental de este tipo de motores. Se entiende claramente que estosmotores no pueden arrancar directamente en carga, como los motores de
inducción. Se limita su uso en aplicaciones de gran potencia.
Regulando la excitación del rótor regulamos la fuerza contra-electromotriz del
estator y el desfase entre la corriente y la tensión, es decir, el factor de
potencia del motor. Estos motores pueden incluso trabajar como cargas
capacitivas, al sobreexcitarlos.
Actualmente, gracias al desarrollo de nuevos materiales altamente
ferromagnéticos, encontramos los motores síncronos de imán permanente, o
motores brushless. Alimentando estos motores con un variador de
frecuencia, conseguimos un motor de altas prestaciones de velocidad y
posicionamiento. A esto le añadimos un sensor de posición (encoder) o de
velocidad (tacómetro o resolver) en bucle cerrado y obtenemos un conjunto
de alta precisión. Al conjunto motor-variador-encoder/resolver lo llamamos
servomotor.
Así como el conjunto motor de inducción-variador ha desplazado al motor de
continua para aplicaciones generales de velocidad variable, el servomotor
brushless está desplazando al servomotor de corriente continua.
Un tipo especial de motor de imán permanente es el motor paso a paso
(PaP). Estos motores trabajan en bucle abierto (no tienen sensores de
posición/velocidad), y son alimentados en corriente continua. Cada vez quese cambia la polaridad del motor, éste avanza una fracción definida de vuelta
(1.8°, 3.6º, 7.5º, 11.25º, 15º, 18º, 45º o 90º). Así mediante un generador de
pulsos (microprocesador) regulamos el posicionamiento del motor. Se utiliza
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en impresoras, robótica en general,… No están diseñados para trabajar en
régimen permanente.
5. Que son contactores
Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo
establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia
o en el circuito de mando, tan pronto se de tensión a la bobina (en el caso de
ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad
de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad
de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento:una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del
circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de
funcionamiento se llama de “todo o nada”. En los esquemas eléctricos, su
simbología se establece con las letras KM seguidas de un numero de orden.
6. Tipos de contactores
Por su construcción:
-Contactores electromagnéticos
Su accionamiento se realiza a través de un electroimán.
-Contactores electromecánicos
Se accionan con ayuda de medios mecánicos.
-Contactores neumáticos
Se accionan mediante la presión del aire.
-Contactores hidráulicos
Se accionan por la presión de aceite.
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-Contactores estáticos
Estos contactores se construyen a base de tiristores. Estos presentan
algunos inconvenientes como: Su dimensionamiento debe ser muy superior a
lo necesario, la potencia disipada es muy grande, son muy sensibles a losparásitos internos y tiene una corriente de fuga importante además su costo
es muy superior al de un contactor electromecánico equivalente.
Contactores por el tipo de corriente que alimenta a la bobina:
Contactores para corriente alterna
Son los contactores más utilizados en la actualidad pudiéndose obtener en el
mercado una amplia gama de tamaños en relación con la potencia que
deban controlar. En contactores de C.A. es imprescindible la existencia de
una espira de cobre en cortocircuito sobre la cara polar principal lo que, junto
con un correcto rectificado de las caras polares en contacto contribuye a
eliminar la tendencia a la vibración del contactor. Debido a la considerable
variación de la impedancia en las bobinas de contactores según su circuito
magnético se encuentre abierto o cerrado la corriente inicial de tracción
resulta considerablemente mayor que la de mantenimiento que se establece
con posterioridad al cierre.
De esa manera, y en forma automática, se dispone de una corriente inicial lo
suficientemente grande como para producir el cierre neto y rápido del
contactor, y una corriente posterior de mantenimiento de valor reducido pero
suficiente para mantenerlo firmemente cerrado.
Los tiempos requeridos para el cierre de contactores oscilan entre 150 y 300
milisegundos, de acuerdo al tamaño de cada uno relacionado con la potencia
a controlar.
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Contactores para corriente continúa
Los contactores para C.C. son obligatoriamente más voluminosos y pesados
-por ende más costosos- que sus similares de C.A. adoptando una
disposición más abierta. Dicha disposición como así también el mayor
tamaño de estos contactores es el resultado de requerir un especial diseño
de sus contactos y cámaras de extinción para que sean capaces de soportar
y controlar los intensos arcos producidos en la interrupción de circuitos de
C.C. como así también de la necesidad de disponer de un mejor acceso a los
contactos para tareas de inspección o mantenimiento.
Con igual finalidad estos contactores disponen de las llamadas bobinas
"sopladoras" de arcos que, ubicadas inmediatamente debajo del sitio donde
se producen los arcos, expanden a estos hacia el interior de las cámaras
apaga chispas para favorecer su rápida extinción.
Dado que la resistencia de la bobina en estos contactores es de valor
constante, para disponer de una corriente inicial suficiente para el cierre, y
una corriente posterior de mantenimiento de menor valor se recurre a usar
resistores denominados "economizadores". La inclusión de los mismos en el
circuito es controlada por un contacto auxiliar del propio contactor (O bien por
contactos auxiliares de otro relé o contactor).
Por la categoría del servicio
Las aplicaciones de los contactores, en función de la categoría de servicio,
son:
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AC1 (cos φ>=0,9): cargas puramente resistivas para calefacción
eléctrica. Son para condiciones de servicio ligeros de cargas no
inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia, lámparas
de incandescencia, calefacciones eléctricas. No para motores.
AC2 (cos φ=0,6): motores síncronos (de anillos rozantes) para
mezcladoras centrífugas.
AC3 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en
servicio continuo para aparatos de aire acondicionado,compresores, ventiladores.
AC4 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en
servicio intermitente para grúas, ascensores.
7. Que es un relé
El relé o relevador es un dispositivo electromagnético. Funciona como un
interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una
bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que
permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de mayor potencia que el
de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador
eléctrico.
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8. Relé térmico
Los relés térmicos son los aparatos más utilizados para proteger los motores
contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente
alterna y continua. Este dispositivo de protección garantiza:
• Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcione en
condiciones de calentamiento anómalas.
• La continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones
evitando paradas imprevistas.
• volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las
mejores condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas.
9. Relé temporizado
Un relé temporizado es un componente que está diseñado para temporizar
eventos en un sistema de automatización industrial, cerrando o abriendo
contactos antes, durante o después del periodo de tiempo ajustado. Estos
aparatos son compactos y constan de:
-un oscilador que proporciona impulsos.
-un contador programable en forma de circuito integrado.
-una salida estática o de un relé.
Un relé temporizado abre o cierra sus contactos en función de un tiempo
predeterminado que podemos regular. En este caso quien le da corriente al
circuito magnético para que desplace el eje principal es un “reloj”. El
mecanismo del reloj es variado, pudiendo ser mediante mecanismoselectrónicos, neumáticos, de relojería o térmicos.
Es posible ajustar el contador mediante un potenciómetro graduado en
unidades de tiempo, situado en la parte frontal del aparato. De este modo, el
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equipo cuenta con los impulsos que siguen al cierre (o la apertura) de un
contacto de control y al alcanzar el número de impulsos, es decir, una vez
transcurrida la temporización, genera una señal de control hacia la salida.
10. Fusibles
En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un
soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo
punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación
eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de
corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinadovalor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la
instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros
elementos.
Los fusibles proporcionan una protección fase a fase, con un poder de corte
muy elevado y un volumen muy reducido frente a sobrecargas y corrientes
de cortocircuito.
11. Dibujando y Explicando un diagrama de Fuerza y de Control de un
motor (utilización de las normas NEMA).
12. Dibujando y Explicando un diagrama de Fuerza y de Control de un
motor (utilización de las normas DIN).
13. Tipos de alimentación eléctrica en un motor.
Sistemas de producción, distribución y consumo de energía Eléctrica:
Sistema Monofásico
En ingeniería eléctrica, un sistema monofásico es un sistema de producción,
distribución y consumo de energía eléctrica formado por una única corriente
alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje varía de la misma forma. La
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distribución monofásica de la electricidad se suele usar cuando las cargas
son principalmente de iluminación y de calefacción, y para pequeños motores
eléctricos. Un suministro monofásico conectado a un motor eléctrico de
corriente alterna no producirá un campo magnético giratorio, por lo que losmotores monofásicos necesitan circuitos adicionales para su arranque, y son
poco usuales para potencias por encima de los 10 kW. El voltaje y la
frecuencia de esta corriente dependen del país o región, siendo 230 y 115
Voltios los valores más extendidos para el voltaje y 50 o 60 Hercios para la
frecuencia.
Sistema bifásico
En ingeniería eléctrica un sistema bifásico es un sistema de producción ydistribución de energía eléctrica basado en dos tensiones eléctricas alternas
desfasadas en su frecuencia 90º. En un generador bifásico, el sistema está
equilibrado y simétrico cuando la suma vectorial de las tensiones es nula
(punto neutro).
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Por lo tanto, designando con U a la tensión entre fases y con E a la tensión
entre fase y neutro, es válida la siguiente fórmula:
= √ 2.
De la misma forma, designando con I a la intensidad de corriente del
conductor de fase y con I0 a la del neutro, es válida la relación:
0 = √ 2 .
En una línea bifásica se necesitan cuatro conductores, dos por cada una de
las fases.
Actualmente el sistema bifásico está en desuso por considerarse más
peligroso que el actual sistema monofásico a 230 V, además de ser máscostoso al necesitar más conductores.
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Sistema Trifásico
En ingeniería eléctrica un sistema trifásico es un sistema de producción,
distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes
alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor
eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a
120°, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes
monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase.
Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus
corrientes son iguales y están desfasados simétricamente.
Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (corrientes
diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es un
desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado.
Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas el conjunto de
impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes
de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a
120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas obalanceadas.
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de
sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una línea
monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su
elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la
línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso
de la línea monofásica.
Los generadores utilizados en centrales eléctricas son trifásicos, dado que la
conexión a la red eléctrica debe ser trifásica (salvo para centrales de poca
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potencia). La trifásica se usa mucho en industrias, donde las máquinas
funcionan con motores para esta tensión.
Existen dos tipos de conexión; en triángulo y en estrella. En estrella, el neutro
es el punto de unión de las fases.
Tipos de toma corrientes y sus aplicaciones
Los tomacorrientes son dispositivos eléctricos que sirven como punto de
conexión para alimentar equipos eléctricos, tales como electrodomésticos,
equipos portátiles e industriales. Los tomacorrientes no consumen ninguna
energía, este solo enlaza la fuente de alimentación a los equipos que se
vayan a alimentar de una fuente de energía eléctrica.
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La National Electrical Manufacturers Association (NEMA) es una asociación
que se ha encargado de normalizar el diseño que se debe utilizar para los
tomacorrientes y otros dispositivos eléctricos en gran parte del continente
americano.
Dependiendo el tipo de alimentación que necesite el equipo, existe un diseño
específico del tomacorriente. Las características que definen a un
tomacorriente son las siguientes:
1. Tensión máxima: es el voltaje máximo al cual debe someterse el
tomacorriente. Los niveles de tensión máximos se encuentran de 125V,
250V, 480V y hasta 600V.
2. Corriente máxima: es la corriente máxima que puede soportar el
tomacorriente sin que este se sobrecaliente y se estropee. Los amperajes
normalizados son de 15A, 20A, 30A, 50A y 60A.
3. Número de polos: este determina la cantidad de salidas que posee el
tomacorriente para alimentar la carga ( fase o potencial y neutro). Este
número de polos no incluye la salida de tierra, esta es adicional. Por ejemplo,
un tomacorriente puede tener 2 polos y una tierra ( a este llegan 3 cables en
total).
Existen una gran cantidad de tomacorrientes con diferentes características y
diseños, esto varía según la aplicación a la que se vaya a utilizar. En este
artículo se verán los más comunes que se pueden ver en una instalación sin
tener que abordarlo todos.
Partes de un tomacorriente monofásico a 125V-15A
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Partes de un tomacorriente
Tomacorrientes para sistema monofásico a 2 hilos-120V
Tomacorrientes monofásicos 125V.
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Estos tomacorrientes son utilizados típicamente en las instalaciones
eléctricas residenciales. A este llegan tres cables: potencial, neutro y tierra.
El voltaje entre el potencial y neutro es de 120V ( puede ser menos), entre
potencial y tierra es de 120V, y entre neutro y tierra es de 0V ( puede ser
más). Claro está que los voltajes que indico son para un sistema ideal, estos
valores pueden variar según la condición de equili