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1. Motores asncronos.

Introduccin.

Se estima que dos terceras partes de la energa elctrica que se consume en Estados Unidos se destina a motores del algn tipo. En los hogares modernos generalmente existen de 30 a 60 motores para aplicaciones en ventiladores, controladores de calefactores, abre puertas, bombas, bombas, lavavajillas, pulidoras, refrigeradores, hornos, secadoras de cabello y otros ms. El uso de los motores industriales es todava ms amplio y hay desde diminutos y ligeros, de una fraccin de caballos de potencia, hasta los gigantes de miles de caballos de potencia.

La eficiencia de los motores se encuentra generalmente entre los lmites de 60% a 90%, con los motores ms pequeos con carga ligera en el extremo ms bajo, y mejor en algunos motores muy grandes. El 75% se toma frecuentemente como una estimacin tope. La carga de los motores est limitada por el aumento de temperatura debido a las prdidas, siendo posible la sobrecarga por cortos periodos en muchos tipos. Los motores tienden a tomar la corriente suficiente de la lnea para ajustar su carga. As, si funcionan a menos del voltaje nominal se sobrecalientan cuando estn completamente cargados.

Los motores de induccin y de algunos otros tipos se pueden arrancar, controlar, y operar muy bien con fuentes electrnicas de potencia que convierten un suministro trifsico de CA de 60 Hz. a uno de CA (o CD) de frecuencia variable. Estos accionamientos electrnicos son costosos pero con frecuencia proporcionan un gran ahorro de energa en el funcionamiento de ventiladores y bombas. Superan en algn grado la velocidad fija de las mquinas de induccin y proveen un suave arranque.

Los motores convierten la energa elctrica (voltaje y corriente) en par y rotacin de un eje.

La mayor parte de ellos se dividen, por su potencia, en dos clases principales: caballos enteros (1, 2, 3, 4, 5, 10, etc.), y fraccionarios (motores fsicamente ms pequeos que la mquina normal de 1 hp, 1700-1800 rpm). Los motores muy pequeos algunas veces son denominados motores subfraccionarios.

Los motores trifsicos convierten la potencia elctrica de entrada (3VIcos) en potencia mecnica de salida por la flecha (Twm). El par est en newton-metros y la velocidad de rotacin mecnica wm est en radianes por segundo, la potencia est en watts.

Normas de motores.

Los usuarios de motores elctricos y los diseadores de productos que los incorporen, deben conocer la utilidad de las normas detalladas y el amplio margen de clases de motores que han sido establecidas por varias agencias. La NEMA (Nacional Electrical Manufacturers Association) es la que ha contribuido ms ampliamente. Su trabajo est encaminado a promover el inters pblico, as como el de los fabricantes, al simplificar la comunicacin entre usuarios y fabricantes, compradores y vendedores, y para asegurar que los motores puedan ser comprados bajo normas de funcionalidad reconocidas. Para este fin la NEMA ha clasificado los motores en muchos tipos, especificando, por ejemplo, tamaos detallados de las armazones, con dimensiones de montaje y altura del eje, corriente y par de arranque, normas de voltaje y sus tolerancias, regulacin de velocidad, limitaciones de voltaje, etc., para varios tipos de motores entre amplios lmites de caballos de potencia.

Muchos fabricantes producen motores bajo estas normas de tamaos y clase. Es bastante ms econmico siempre que sea posible, disear sobre la base de un motor normal, que especificar una mquina de algn tipo especial. Esta prctica tambin facilita la adquisicin.

Otra agencia Underwriters Laboratory (UL), se ocupa de diseos y aplicaciones de motores no peligrosas, emitiendo su aprobacin para el equipo que pase sus pruebas. Estas aprobaciones se aplican normalmente a un dispositivo completo, ms que solo al motor, aunque el motor es un elemento importante.

Para algunas aplicaciones se requieren las especificaciones y pruebas a prueba de explosin. UL tambin toma parte activa en esta fase de la seguridad. La Oficina de Minas de Estados Unidos ha hecho, durante muchos aos, trabajos intensos en el diseo, especificacin y pruebas de motores a prueba de explosin, como parte de su trabajo en equipo antiexplosivo de todo tipo. A prueba de explosin significa que una explosin puede llevarse a cabo dentro de una mquina sin propagarse a una atmsfera explosiva exterior. Las aplicaciones tpicas se dan encinas de hulla grasa, o carbn bituminoso, molinos de harina, y en ambientes sujetos a vapores de gasolina o humos y gases similares.

Funcin de un motor

Un Motor es un dispositivo que opera bajo el principio de induccin electromagntica.

La Funcin que ste dispositivo desempea es la de utilizar la seal elctrica inducida en l y produce un movimiento mecnico. Las aplicaciones de los motores son muy diversas debido a la importancia y a la necesidad de una fuerza mecnica en un nmero cada vez mayor de actividad.

Se puede considerar que las funciones de control son las siguientres:

a) Velocidad

b) Torque o par

c) Arranque

d) Frenado

e) Inversin de giro

f) Posicin

g) Aceleracin y desaceleracin

h) Prdida de campo

i) Prdida de carga

j) Y otras

2. Clasificacin de los motores de C.A.

De acuerdo a su potencia los motores se clasifican:

1) Subfraccionarios

De potencias menores a 1/10 HP

2) Fraccionarios

De potencias mayores a 1/10 HP

Y menores a 1 HP

3) Integrales

Mayores a 1 HP

Y dentro de toda la gama de motores elctricos podemos mostrar una clasificacin general.

3. Caractersticas fsicas.

Se les llama de induccin, porque el estator no toca el rotor la nica interaccin es magntica. No contiene escobillas (arranca por si solo).

Dentro de los sistemas trifsicos los motores se clasifican en 2 tipos de acuerdo a la construccin de su rotor;

A) Motores de Induccin de Jaula de Ardilla (MIJA)

B) Motores de Induccin de Rotor Devanado (MIRD)

Estos 2 tipos de motores poseen la caracterstica de arrancar por si solos, sin ningn medio auxiliar. Adems de que se consideran motores asncronos por la evidencia existente entre la velocidad sncrona (Giro Magntico Invisible) y la velocidad rotrica.

Tienen la ventaja de requerir muy pequea demanda de mantenimiento, su construccin es sencilla, su relacin potencia-masa es mayor que la de los motores de CD, puede alcanzar velocidades extremadamente altas, y requiere nicamente de una fuente de la alimentacin trifsica parcial.

Su cambio de giro es relativamente fcil (solo con intercambiar 2 fases ), se construyen en muchos tipos o fases.

Tambin estos tipos de motores tienen algunas desventajas:

Tienen un arranque muy brusco.

Su velocidad nominal es alcanzada en faccin de segundos.

Su corriente en el periodo de arranque produce un transitorio muy alto que afecta al sistema elctrico (en forma de pico de demanda), y que repercute en altos costos.

Produce bajos factores de potencia

MIJA

Caractersticas:

1.- conexiones : (,(-(,, -

2.- terminales: 3,6,9,12

3.- flecha gruesa: baja velocidad alta potencia.

4.- rotor laminado (no bobinas).

MIRD

Caractersticas:

1. rotor con bobinas

2. disposicin de terminales del estator y rotor.

3. anillos

4. estator igual que el MIJA.

Carcaza (ranura aislada)

Motores de induccin 1) Estator Bobina del estator Ondulado

Inbricado

Polos Magnticos

Bobinas (MIRD) o barras de acero o cobre (MIJA)

2) Rotor La flecha

Anillos Rozantes (MIRD)

4. Principio de funcionamiento.

Al alimentar el motor con un voltaje trifsico balanceado, circularn 3 corrientes de la misma magnitud pero desfasadas 120 grados elctricos por el estator. Esas corrientes generan un campo magntico giratorio (velocidad sncrona) y que a su vez inducir en el rotor una fuerza electromotriz . Como el rotor esta hecho de barras de cobre cortocircuitadas, al inducrseles una fuerza electromotriz circular una corriente extremadamente alta que generar un campo magntico contrario al del estator (ley de Lenz, fuerza contra electromotriz).

La interaccin de estos campos magnticos opuestos y la existencia de un campo giratorio har que un par magntico obligue al rotor a seguir en el mismo sentido a la velocidad sncrona, pero nunca la alcanzaLos motores trifsicos de induccin arrancan por si solos y no requieren de ningn medio auxiliar el momento de arranque es extremadamente brusco sucede lo siguiente.

a) el par de arranque puede ser hasta 3 veces el par nominal.

b) La corriente de arranque va del orden de 4 a 8 veces la corriente nominal

c) Se producen Armnicas y corrientes parsitas

d) Existe un choque mecnico entre el par magntico o del motor contra el par de carga

e) Si el arranque es retardado (Aceleracin lenta) puede daar los aislamientos del motor

5. Conexiones.

Existen muchos tipos de conexiones para acoplar los motores trifsicos a la red de alimentacin, pero de las ms comunes podemos mencionar cuatro:

1) Estrella sencilla o estrella serie.

2) Estrella paralela o doble estrella.

3) Delta o delta sencilla (tringulo).

4) Doble delta o delta paralela.

Estas conexiones son exclusivas a realizarse en el estator indiferentemente de que sea MIJA o MIRD.

Normalmente algunos motores comerciales vienen dispuestos para poder operar con dos diferentes niveles de voltaje (tal vez 220/440 volts) y que se les considera bajo voltaje/alto voltaje. La conexin estrella sencilla y delta sencilla son para alto voltaje. La conexin doble estrella y doble delta son para alto voltaje.

Adems los motores pueden disponer de 3, 6, 9 o 12 terminales en el exterior para poder realizar ciertas conexiones. Pero a grandes rasgos se considera que los motores contienen grupos de bobinas (6 bobinas en total de las cuales 2 corresponden a cada fase).

A continuacin se muestran algunas de las conexiones mencionadas.

Conexin estrella sencilla

Conectar :

T10- T11-T12

T4-T7; T1-L1;

T5-T8; T2-L2

T6-T9; T3-L3

Conexin estrella paralelo

Conectar:

T4- T5-T6; T10- T11-T12

T1-T7 -L1

T2-T8 - L2

T3-T9 - L3

La configuracin estrella sencilla es utilizada para una alimentacin de 440v (alto voltaje) la conexin doble estrella se utiliza para alimentacin trifsica 220 volts, si se realiza a un motor la configuracin de 440 volts y nicamente se alimenta con 220 volts, el motor perder el 75% de su par, es decir que el par de un motor trifsico es proporcional al cuadrado de la variacin de sus voltajes

Ejemplo:

T= 30N-m Tn = (vn/vv) 2 Tn =(220/440)2= (30)

Vv= 440v Tn =7.5 N-m

Vn=220v

Pero si a un motor se le realiza la conexin de 220 volts y se alimenta con 440 volts se daa.

Se disean dos tipos bsicos de motores para funcionar con corriente alterna polifsica: los motores sncronos y los motores de induccin. El motor sncrono es en esencia un alternador trifsico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura estn divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifsica. La variacin de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reaccin magntica variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la lnea de potencia de corriente alterna. La velocidad constante de un motor sncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no puede utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecnica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando est bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores sncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofsica mediante la inclusin de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magntico rotatorio. El ms simple de todos los tipos de motores elctricos es el motor de induccin de caja de ardilla que se usa con alimentacin trifsica. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor sncrono. El elemento rotatorio consiste en un ncleo, en el que se incluye una serie de conductores de gran capacidad colocados en crculo alrededor del rbol y paralelos a l. Cuando no tienen ncleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilndricas que se usaban para las ardillas. El flujo de la corriente trifsica dentro de las bobinas de la armadura fija genera un campo magntico rotatorio, y ste induce una corriente en los conductores de la jaula. La reaccin magntica entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que transportan la corriente hace que ste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la misma velocidad que el campo magntico, no habr en l corrientes inducidas, y, por tanto, el rotor no debera girar a una velocidad sncrona. En funcionamiento, la velocidad de rotacin del rotor y la del campo difieren entre s de un 2 a un 5%. Esta diferencia de velocidad se conoce como cada. Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofsica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las caractersticas del voltaje monofsico y lo hagan parecido al bifsico. Estos motores se denominan motores multifsicos o motores de condensador (o de capacidad), segn los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofsicos no tienen un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsin-induccin para las aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifsicos o de condensador, pero disponen de un interruptor manual o automtico que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, despus de que el motor alcance una velocidad crtica. Los motores de repulsin-induccin se denominan as debido a que su par de arranque depende de la repulsin entre el rotor y el estator, y su par, mientras est en funcionamiento, depende de la induccin. Los motores de bateras en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. stos se fabrican en tamaos pequeos y se utilizan en aparatos domsticos. Clasificacin de los Motores

C A

Universal CA y CD

CD

Trifsico

Sncrono

De induccin

Rotor Devanado

Jaula de Ardilla

Monofsicos

Sncrono

De induccin

Sncrono Excitado con CC

De Rotor Devanado

De Repulsin

De Repulsin Induccin

Arranque por Capacitor

Jaula de Ardilla

De Fase Dividido

De Arranque por Capacitor

De Capacitor Permanente Dividido

De Polos Sombreados

No Excitado

De Imn Permanente

Devanado Serie

Devanado Paralelo

Devanado Compound

Devanado de Excitacin Indep.

Con Capacitor de 2 Valores

De Reluctancia

De Histrisis

De Imn Permanente