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Manual de motores electricos

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El manual tiene una recopilacion de varias manuales, libros y normas no me hago responsable del uso que le den a la informacion

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Manual de motores electricos

  1. 1. 1Manual motores eléctricos
  2. 2. 2Objetivos Aprender los principios básicos de los motores eléctricos. Aplicar la teoría a los usos cotidianos de los motores eléctricos. Reconocer los diferentes tipos de motores eléctricos Con los contenidos de este manual, usted adquirirá los conocimientos requeridos parainstalar y proveer mantenimiento a motores eléctricos trifásicos, de acuerdo a normasinternacionales de calidad.Requisitos previosEl participante deberá tener conocimientos básicos de electricidad y todos los instrumentos que seutilizan en el área además de tener los conocimientos básicos de seguridad en electricidad ya quese trabajara con un voltaje mayor que se utiliza en sus hogares.Resumen:En la presente monografía se presentan los motores paso a paso, con una breve introducción, elcampo de aplicación y el principio de funcionamientoNORMALIZACIÓNEl instituto encargado de preparar, revisar y analizar las normas técnicas en la fabricaciónde motores eléctricos a nivel internacional es la ComisiónElectrotécnica Internacional (I.E.C.), con sede en Suiza, y en los EstadosUnidos de Norte América lo hace la Asociación de Fabricantes EléctricosNacionales (NEMA).A nivel mundial los fabricantes de motores adoptan las normas de marcación determinales de acuerdo con la normalización vigente en su respectivo país, derivadasprincipalmente de las normativas I.E.C. y NEMA. .Destacándose que en los motores fabricados bajo norma NEMA sus cables de conexiónson marcados con números desde el 1 al 12 y los fabricados bajo norma IEC tienen unamarcación que combina las letras U, V, W y los números desde el 1 hasta el 6.Los diseños incluyen las tensiones a las cuales podrán ser energizados y cada norma enparticular realiza su marcación de terminales de conexión. La gran mayoría de fabricantesdiseñan los motores con bobinados para operar a dos(2) Tensiones de servicio, destacándose que los Motores NEMA tienen una relación deconexionado de 1 :2, es decir que una tensión es el doble de la otra. Ej. 230/460 V y en losMotores IEC se presenta un diseño con una relación de 1:1,732, Ej. 220/380 V.Existen diseños en los cuales esto no se cumple y se fabrican motores para operar a unsólo voltaje y con una sola conexión.
  3. 3. 3ÍndiceTabla de contenido.............................................................................................................................. 3Electricidad.......................................................................................................................................... 7Voltaje ................................................................................................................................................. 9Amperaje........................................................................................................................................... 10Motores Eléctricos ............................................................................................................................ 12Principio de funcionamiento............................................................................................................. 13Ventajas y clasificación...................................................................................................................... 14Clasificación....................................................................................................................................... 15Clasificación de Motores de corriente continúa .............................................................................. 16Sentido de giro .................................................................................................................................. 17Pérdidas y eficiencia.......................................................................................................................... 18Aplicación.......................................................................................................................................... 19Características de instalación............................................................................................................ 20Condiciones de alimentación ............................................................................................................ 20Par ..................................................................................................................................................... 21Potencia............................................................................................................................................. 22Revoluciones ..................................................................................................................................... 24Pares de polos................................................................................................................................... 24Rendimiento...................................................................................................................................... 26Tensión de servicio............................................................................................................................ 27Frecuencia de red (HZ)...................................................................................................................... 27Corriente de arranque....................................................................................................................... 29Ruido ................................................................................................................................................. 31Ventilador.......................................................................................................................................... 32Ruido propagado por el aire y por la estructura............................................................................... 32Ruido propagado por el aire ............................................................................................................. 32Ruido propagado por la estructura................................................................................................... 33Motores de bajo ruido ...................................................................................................................... 33Nivel de presión sonora y nivel de potencia sonora......................................................................... 33Filtros de medición............................................................................................................................ 34El factor de potencia ......................................................................................................................... 35
  4. 4. 4Factor de potencia en Sistema monofásico y sistema trifásico. ....................................................... 35La potencia efectiva o real (Activa)................................................................................................... 35La potencia reactiva Q....................................................................................................................... 36La potencia aparente o total S ......................................................................................................... 36¿Por qué existe bajo factor de potencia? ......................................................................................... 38Corrector de Factor de Potencia CFP ................................................................................................ 38Consecuencias de un Factor de Potencia alto.................................................................................. 39Problemas técnicos: .......................................................................................................................... 39Beneficios económicos:..................................................................................................................... 39Identificación de la placa de un motor.............................................................................................. 43Tipos de motores CD......................................................................................................................... 51Tipos de motores eléctricos.............................................................................................................. 51Partes fundamentales de un motor CA............................................................................................. 52Motores CD ....................................................................................................................................... 53Generadores de corriente directa CD. .............................................................................................. 55Clasificación de generadores de corriente continúa CD. .................................................................. 55Generador con excitación en paralelo (shunt).................................................................................. 56Generador con excitación en serie ................................................................................................... 56Generador con excitación compound............................................................................................... 57Regulación de voltaje de un generador de corriente directa CD...................................................... 58Motores de corriente alterna............................................................................................................ 61El motor síncrono.............................................................................................................................. 61Características................................................................................................................................... 62Aplicaciones....................................................................................................................................... 63Partes fundamentales de un motor síncrono ................................................................................... 64Tipos de Excitación............................................................................................................................ 64Revoluciones ..................................................................................................................................... 66Sistema trifásico de tensiones........................................................................................................... 68Frecuencia y número de polos.......................................................................................................... 68Reacción de armadura ...................................................................................................................... 70Carga óhmica pura ............................................................................................................................ 70Carga inductiva pura ......................................................................................................................... 72
  5. 5. 5Carga capacitiva pura........................................................................................................................ 73Motores de corriente alterna............................................................................................................ 74Motores monofásicos ....................................................................................................................... 74Tipos de motores monofásicos. ........................................................................................................ 75Motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque.................................................................... 75Motor monofásico de espira en cortocircuito .................................................................................. 76Motor universal................................................................................................................................. 78Motores asíncronos trifásicos........................................................................................................... 80Rotor de Jaula de ardilla.................................................................................................................... 80De rotor devanado ............................................................................................................................ 81Partes fundamentales de un motor eléctrico ................................................................................... 82Tipo de carcasa.................................................................................................................................. 82Tipos de base..................................................................................................................................... 82Caja de conexiones (Bornes)............................................................................................................. 82Cojinetes (rodamientos).................................................................................................................... 83Duración del rodamiento .................................................................................................................. 83Montaje de rodamientos .................................................................................................................. 83Tipos de conexiones.......................................................................................................................... 84Conexiones en Delta y estrella de 6 puntas...................................................................................... 85Conexiones en Delta y estrella de 9 puntas...................................................................................... 86Conexiones en Doble Delta y Doble estrella de 9 puntas ................................................................ 87Conexión en Delta y Estrella de 12 puntas........................................................................................ 88Conexión en Doble Delta y Doble Estrella de 12 puntas................................................................... 89Deslizamiento.................................................................................................................................... 90Sistemas de regulación de velocidad de un motor asíncrono .......................................................... 92Variadores de frecuencia .................................................................................................................. 92Descripción........................................................................................................................................ 94Aplicaciones de los variadores de frecuencia ................................................................................... 96Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos.................................................. 97Aceleración controlada ..................................................................................................................... 97Variación de velocidad...................................................................................................................... 97Regulación de la velocidad................................................................................................................ 98
  6. 6. 6Deceleración controlada ................................................................................................................... 98Inversión del sentido de marcha....................................................................................................... 98Frenado ............................................................................................................................................. 99Protección integrada......................................................................................................................... 99Composición de los variadores de frecuencia................................................................................... 99Principales tipos de variadores de frecuencia ................................................................................ 102Rectificador controlado motor de corriente continua.................................................................... 102Convertidor de frecuencia para motor asíncrono........................................................................... 103Regulador de tensión para el arranque de motores asíncronos..................................................... 103Composición.................................................................................................................................... 104El módulo de control....................................................................................................................... 104El módulo de potencia .................................................................................................................... 105Componentes de Potencia.............................................................................................................. 106Principales modos de funcionamiento............................................................................................ 107Variador unidireccional................................................................................................................... 108Variador bidireccional..................................................................................................................... 108Funcionamiento a par constante .................................................................................................... 109Funcionamiento a par variable ....................................................................................................... 109Funcionamiento a potencia constante............................................................................................ 111Medidas de seguridad..................................................................................................................... 112Unidades de medida SI.................................................................................................................... 114Factores de conversión ................................................................................................................... 116
  7. 7. 7ElectricidadLa cantidad de corriente que fluye por un circuito depende del voltaje que suministra la fuente devoltaje, el flujo de corriente también depende de la resistencia que opone el conductor frente alpaso de energía eléctrica, la resistencia de un cable depende dela conductividad del cable o elmaterial del que se hizo el cable, la resistencia eléctrica de un cable es menor en los cables másdelgados que en los gruesos también entre más largo el cable aumenta la resistencia, lo mismoocurre con la temperatura entre más baja sea la temperatura del conductor menor va a ser laresistencia como lo que ocurre con los superconductores la resistencia se mide en ohms.Circuitos en serieEn un circuito de en serie las resistencias están compiladas una a continuación de las otra.De tal manera que la totalidad de la corriente pasa por cada resistencia la resistencia total de uncircuito en serie se calcula con la siguiente formula:Rt= R1 +R2+ RN…Si un elemento falla todo el circuito falla.
  8. 8. 8Circuito en paraleloLa mayoría de los circuitos están conectados en paralelos de manera que cada dispositivos puedefuncionar independientemente de los demás cuando se conectan en paralelo los dispositivosforman ramas cada una del as cuales constituye un camino diferente en cada una de las ramas elvoltaje es idéntico en cada rama .Circuitos mixtosEstán compuestos por resistencias formadas en paralelo y en serie
  9. 9. 9La electricidad es una forma de energía más usada por el hombre moderna ya que nuestra vidagira entorno a ella la mayor parte de los aparatos electrodomésticos funcionan con energíaeléctrica así como se usa en la industria de la comunicación y de la informática .La energía es la capacidad de producir trabajo mediante la circulación de energía eléctrica atrevesde conductores, produce energía mecánica luminosa y térmica la obtención de energía eléctricase obtienen promedio de un fenómeno físico llamado inducción electromagnética esto se producehaciendo pasar un conductor atreves de campo eléctrico variado.El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro deenergía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuitoeléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas oelectrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al quecorresponda ese conductor.Voltaje
  10. 10. 10AmperajeEs la cantidad de electrones que circulan por un elemento eléctrico en la unidad de tiempo. Laintensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios (A).El amperaje no es otra cosa que lafuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando entre dos puntos, estos son el negativo yel positivo a través de un conductor o cable eléctrico. La corriente eléctrica circula del negativohacia el positivo. Para medir la intensidad se utiliza el amperímetro El amperímetro se conecta en serie, de modo que todos los electrones tengan que pasarpor él.
  11. 11. 11Ley de ohmLa ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuitoeléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo unaconstante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidades la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica.No sirve para calcular le resistencia y el voltaje adecuado para cada circuitoFormulasPrincipios del magnetismo
  12. 12. 12Motores EléctricosUn motor eléctrico es una maquina eléctrica que transformaenergía eléctrica en energía mecánica por medio de interaccioneselectromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos sonreversibles, pueden transformar energía mecánica en energíaeléctrica funcionando como generadoresSon ampliamente utilizados en instalaciones industriales,comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a unared de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles seestán empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovecharlas ventajas de ambos.Fundamentos de operación de los motores eléctricosEn magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son lasregiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale delas fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motortiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polosmagnéticos iguales seEléctricos Especiales repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así elmovimiento de rotación. En la figura 1.9 se muestra como se produce el movimiento de rotaciónen un motor eléctrico.Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubiertopor Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campomagnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corrientede intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio queAndré Ampere observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de unconductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m.(fuerza electromotriz), sobre el conductor.
  13. 13. 13Principio de funcionamientoLos motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio defuncionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica seencuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarseperpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circulapor el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a lainteracción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotordel motor.Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campomagnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, elproducto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda adesplazarse produciendo así la energía mecánica.La velocidad de giro de los motores eléctricos suele tener un valor fijo, a no ser que se utilicenvariadores electrónicos de frecuencia.
  14. 14. 14Ventajas y clasificaciónEn diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.Se pueden construir de cualquier tamaño.Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medidaque se incrementa la potencia de la máquina).Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de lamayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes.Clasificación general de los motores eléctricos Un motor eléctrico es esencialmente una máquinaque convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medioselectromagnéticos.
  15. 15. 15ClasificaciónDebido a que son muchos y variados los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas decatalogarlos. A continuación se muestran algunas de las formas más usuales:Corriente directa -• Por su alimentación eléctrica Corriente alterna -Universales -Flecha Solida• Por su flechaFlecha huecaVentilados• Por su ventilaciónAutoventilados – tienen un ventilador en el rotorCerradaAbierta• Por su carcasa A prueba de goteoSumergibleA prueba de explosión
  16. 16. 16Clasificación de Motores de corriente continúaLos motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en: Motor serie Motor compound Motor shunt Motor eléctrico sin escobillasAdemás de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica: Motor paso a paso Servomotor Motor sin núcleoSelección de un motor eléctricoEs importante hacer una buena selección de un motor eléctrico, ya que de ello dependerá laoportunidad de obtener la mayor vida útil del equipo, y una máxima eficiencia, lo que retribuirádirectamente a evitar posibles descomposturas o fallas.Fundamentos de selección de un motor eléctricoLa selección de un motor depende primordialmente de tres aspectos:a) La instalaciónb) La operaciónc) El mantenimientoLos pasos a seguir para una adecuada selección de un motor eléctrico son:1) La determinación de la fuente de alimentación2) La potencia nominal3) La velocidad de rotación4) El ciclo de trabajo (continuo o intermitente)5) El tipo de motor6) El tipo de carcasaAsí mismo, debemos considerar las condiciones ambientales de instalación, y algunascaracterísticas como el acoplamiento de la carga, los accesorios, y las modificaciones mecánicasnecesarias.
  17. 17. 17También es importante considerar en la selección de un motor eléctrico, las condiciones deservicio, siendo las más importantes:a) Exposición a una temperatura ambienteb) Instalación en partes o alojamientos completamente cerrados o abiertos, buscando una buenaventilación del motor.c) Operación dentro de la tolerancia de +10% y -10% del voltaje nominald) Una operación dentro del valor de frecuencia del +5% y -5%e) Operación dentro de una oscilación de voltaje del 1% o menosSentido de giroEl sentido de giro está relacionado directamente con la conexión de las bobinas auxiliares conrespecto a las de trabajo. El motor tiene un sentido de rotación, tan es así, que si se quiere quegire en sentido contrario, solo hay que permutar o invertir las conexiones de las auxiliares, laentrada por la salida o viceversa en las dos líneas.En los estatores de polos salientes, el auxiliar es un anillo de cobre montado en una hendidura delmismo polo, y que por inducción forma otra polaridad, por lo que se le llama de polo sombreado,pero retrasado en tiempo, lo que genera un movimiento de balance magnético, obligando el giroen un sentido.Para que el motor gire en sentido contrario, solo hay que desarmarlo y armar el estator, de modoque lo que estaba de frente quede atrás y así el anillo que puede estar a la derecha, quedará a laizquierda.
  18. 18. 18Pérdidas y eficiencia.En un motor la eficiencia de la potencia se ve afectada por las pérdidas mecánicas y las perdidaseléctricas como se muestra en la figura 2.1. Así que la potencia real [Pr] es el producto de latensión por la corriente, menos la potencia de perdidas [Pp].
  19. 19. 19Aplicación.Como sabemos, el motor eléctrico es una maquina rotatoria de movimiento infinito, que convierteenergía eléctrica en energía mecánica, como consecuencia desarrollamos directamente en suaplicación trabajos mecánicos primordialmente rotatorios, sin embargo, mediante dispositivos,podemos convertir el movimiento rotatorio en movimientos bien determinados, dependiendo desu aplicación.Tipo de maquinaria impulsadaLa aplicación de un motor se determina directamente por las características de trabajo que va adesarrollar, particularmente para cada aplicación, ésta es determinada concisamente por el factorde servicio, que lo definimos como las características de aplicación del motor eléctrico según elrequerimiento de la maquina impulsada. Pueden ser: bombas hidráulicas, compresores, maquinasherramienta [figura 2.2], ventiladores, molinos, reloj, reproductor de CD, sistemas de transporte…,por citar algunos.
  20. 20. 20Características de instalaciónLas características de instalación están formadas por un conjunto de elementos, que sirven paradotar de las mejores condiciones a una maquina o equipo para su óptimo funcionamiento, comopuede ser:Instalación: Posición CimentaciónCondiciones Ambientales Temperatura AmbienteCondiciones de alimentaciónCorriente Directa Voltaje FrecuenciaCorriente Alterna Numero de fases Frecuencia Factor de potencia (cos Φ) VoltajeCondiciones de alimentaciónLos motores eléctricos pueden ser alimentados por sistemas de una fase, denominándose motoresmonofásicos El motor monofásico normalmente está preparado para ser conectado en la red de110 V o 220 V. Sin embargo hay sitios donde la tensión monofásica puede ser 115 V o 254 V.En estos casos debe ser aplicado un motor específico para estas tensiones. Y si son alimentadospor 2 líneas de alimentación, se les nombra motores bifásicos; siendo así que los motorestrifásicos son aquellos que se alimentan de tres fases, también conocidos como sistemaspolifásicos. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2 300 V y6000 V. Son los motores más utilizados, pues los motores monofásicos tienen limitación depotencia, y además de esto suministran rendimientos y pares menores, lo que aumenta su costooperacional.
  21. 21. 21ParSe genera un momento de giro cuando una fuerza se aplica fuera del centro de giro de un cuerpo.El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo depalanca se denomina par M de la fuerza.Par: Símbolo MM = F * r[M] =N * mCuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales, la palanca seencuentra en equilibrio, o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes, la palanca girará en elsentido del par mayor.En las máquinas eléctricas rotativas, también se representan por pares (Fig.1.12).Fig. 1.12 Ley de la palancaEn el estator se origina un campo magnético de flujhierro dulce magnético, con muescas o ranuras en las que se insertan los conductores.ComentarioEl par motor depende directamente de las corrientes del rotor, y tenemos que saber que en elmomento que en el momento del arranque son muy elevadas, disminuyendo a medida que seaumenta la velocidad. De esta forma distinguimos dos tipos de par: par de arranque y el parnormal .esto sucede porque al ir aumentando la velocidad del rotor se cortan menos líneas defuerza en el estator y, claro está también las fuerzas electromotrices del rotor disminuyen , de estemodo obtenemos que las corrientes del rotor disminuyen junto con el par de motor . Loimportante de esta explicación es que con los motores asíncronos podemos manejar cargasdifíciles porque tenemos un par de arranque elevado (hasta tres veces el par normal
  22. 22. 22PotenciaLa potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts.La relación entre estas cantidades está dada por la expresión:Fig. 1.13 La potencia de un motor se da en HP o en wattsEstas medidas cuantifican la cantidad de trabajo que un motor es capaz de desarrollar en unperiodo especifico de tiempo.Dos son los factores importantes que determinan la potencia mecánica de salida en los motores:el par y la velocidad.Se define la potencia como el cociente del trabajo W (medido en Joule) por el tiempo t (medido ensegundos); la ecuación de la potencia es:P = W / tDónde:P = es la potencia, en vatios [W],W = es el trabajo en joule [J],T = es el tiempo que se emplea para efectuar el trabajo, en segundos [s]
  23. 23. 23Se mide generalmente en joules por segundo (watts), pero también puede medirse en el sistemainglés en libra pie por segundo (lb p/s) o en caballos de fuerza (HP).Un caballo de fuerza es la unidad de potencia igual a 746 watts o 3300 lb/pie por minuto o550 lb/pie por segundo.Un Watt (vatio), es la unidad base de la potencia eléctrica, en los motores grandes la potencia seindica en Kilowatts (KW), por ejemplo, la salida de un motor de 5 HP es 3.73 kW, ya que :Para convertir los valores de unidades de potencia, usted puede usar las formulas abajo:Ejemplo: Dado un motor de 5 HP, transforme para kW:Nota: La potencia especificada en la placa de identificación del motor, indica la potenciamecánica disponible en la punta del eje.Para obtener la potencia eléctrica consumida por el motor (kW.h), se divide la potencia enkW por su eficiencia (η).Ejemplo:
  24. 24. 24RevolucionesEs el número de giros que el eje desarrolla por unidad de tiempo.La rotación normalmente es expresa en RPM (rotaciones por minuto). Para las frecuencias de 50Hz y 60 Hz, tenemos solo aplica a motores síncronos:Los motores de 2 y 4 polos son los más vendidos en el mercado.Deslizamiento: El concepto de deslizamiento es usado para describir la diferencia entre la rotaciónsincrónica y la rotación efectiva en la punta del eje del motor. Factores como la carga o inclusive lavariación de la tensión de la red de alimentación, pueden influenciar en la rotación del motorPares de polosUna barra de un imán (Fig. 1.14) consta de dos polos:Norte (N) y Sur (S), también puede decirseque la barra de un imán consta de un par de polos.La frecuencia siempre viene registrada en los datos de placa de características del motor, y debidoa que la misma depende del número de polos, es relativamente fácil calcular el número de éstos, apartir de la frecuencia.
  25. 25. 25La ecuación para calcular el número de polos de una máquina rotativa es la siguiente:Y para calcular los pares de polos la ecuación es:Dónde:p = es el número de pares de polos “no tiene unidades de medida”No. = de polos (es el número de polos) “no tiene unidades de medida”f = es la frecuencia eléctrica en Hzn = es la frecuencia de giro en rad/s 120 y 60 son constantesComentario: Algo importante entre mayor número de polos tenga un motor menor va a hacer susnúmeros de revoluciones.
  26. 26. 26RendimientoEn la transformación de energía, por ejemplo en un convertidor, aparecen efectos secundarios queno son intencionados, pero tampoco evitables. Así, la corriente calienta los hilos del devanado; elmaterial del núcleo y los polos se calientan también por magnetización. Además aparecenrozamientos de cojinetes y corrientes de aire. La cantidad de energía desperdiciada en los efectossecundarios se designa como pérdidas.Solo una parte de la energía primitiva se transforma en la energía deseada; otra parte setransforma en pérdidas de energía, generalmente como calor.En general, la relación entre utilización y consumo se designa como rendimiento h. Si se comparala potencia de salida (potencia utilizable) con la potencia de entrada (potencia aplicada), elrendimiento o eficiencia es la relación entre potencia de salida y potencia de entrada.Es importante que ambas potencias deban estar expresadas en las mismas unidades.η = rendimientoPab = potencia de salidaPzn = potencia de entradaEl rendimiento puede ser dado como un número decimal o en tanto por ciento (%). Como lapotencia de salida es siempre menor que la potencia de entrada, el rendimiento es siempre menorque 1 o que el 100%.Fig. 1.17 Tabla 1.2 Ejemplos de rendimientoEjemplo: un motor consume 5 kW de potencia eléctrica y produce 4 kW de potencia mecánica.¿Cuál es su rendimiento?
  27. 27. 27Tensión de servicioLos distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de la tensiones a las cuales lasdiferentes redes de distribución estén normalizados a servir; los voltajes secundarios normalizadosen el sistema de la Empresa Eléctrica, es exclusivo para 120/240 voltios, monofásicos 3 alambres,corriente alterna, 60 Hz.A solicitud del consumidor y después de que la EEGSA haya investigado la posibilidad de prestar unservicio trifásico de 4 alambres, 208/120 voltios; como también las tensiones trifásicas como loson 240/120 voltios, delta 4 alambres, y para servicios generales en donde los transformadoresson proporcionados por el usuarios, se pueden suministrar:1) 480/240 voltios, 3 fases, delta, 4 alambres2) 416Y/240 voltios, 3 fases, estrella aterrizada, 4 alambres3) 480Y/277 voltios, 3 fasesTensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensionespueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden servariadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general losmotores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto alvalor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, nimayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buenfuncionamiento del motor.Frecuencia de red (HZ)Es el número de veces que un determinado evento se repite en un determinado intervalo detiempo.La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendodel país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo.La frecuencia es un factor importante, ya que influye directamente en la rotación del motoreléctrico.La frecuencia de la corriente alterna queda definida por la rapidez con la que se repite cadaperíodo; concretamente, la frecuencia mide el número de períodos comprendidos en un tiempode t = 1 segundo.La frecuencia se representa por la letra f, y se mide en Hercios o Hertz, unidad que se suelerepresentar por Hz.La frecuencia puede expresarse fácilmente, si en lugar de un tiempo cualquiera se toma el tiempoexacto T de un período. El número de ciclos será entonces 1.
  28. 28. 28Fig. 1.18 Tensión de frecuencia de 50 HzFórmula para calcular la frecuencia es:Frecuencia = Un cicloPeríodoLas frecuencias usuales son de 50 y de 60 Hz.El período T en segundos, es el tiempo que dura una revolución, una vuelta completa o un ciclo(es una oscilación completa de una tensión o una corriente alterna).Ciclo: la curva representada en la figura 1.19 representa una oscilación. Después de los 360° lacurva vuelve a empezar. Este fenómeno es, pues, periódico, ya que se repite cuando se sucedenvarias oscilaciones.
  29. 29. 29Corriente de arranqueLa interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cos, rendimiento η, tensiónFrecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motorestrifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función dela velocidad. La fig. 1.20 muestra dos gráficas con características típicas para motores asíncronostrifásicos. De las características de carga (Fig. 1.20a) se puede deducir el comportamiento delmotor en vacío y cuando está cargado (con carga). El factor de potencia cos ϕ en vacío es muypequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductivade los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cos Φ.Fig. 1.20 Curvas características de un motor asíncrono trifásicocon barras redondas (Incisos a y b)
  30. 30. 30Cuando se habla de valores favorables se indica que tanto el rendimiento η como el factor depotencia cos ϕ, son grandes. Como al seguir aumentando la carga a partir de un determinado valordecrece el rendimiento y el aumento del factor de potencia es insignificante, el funcionamiento derégimen nominal se obtiene para aquel punto, en el que el producto del rendimiento η por elfactor de potencia cos ϕ es máximo.Las características en función de la velocidad (Fig. 1.20), muestran la dependencia de n, laintensidad consumida I y del par M. La curva que da el par en función de la frecuencia de giro,tiene una forma típica para las máquinas asíncronas trifásicas, con un pico (máximo) y un valle(mínimo). Si el par resistente es mayor que el máximo de la curva la máquina no podrá vencerlo yse detendrá.La corriente I precisa para arrancar, es muy intensa e irá decreciendo rápidamente, al aumentar lavelocidad. Las características trazadas en la fig. 1.20 pertenecen a un motor asíncrono trifásico conrotor de barras redondas.Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente dearranque IA de 7 a 10 veces la corriente nominal IN.La corriente de arranque IA es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionaral motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor.IA = 7x IN y puede llegar hastaIA = 10 x INPor ejemplo:Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de:IA = 7 x IN = 7 x 10 A= 70 AIA = 10 x IN = 10 x 10 A = 100 ASe concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan variosmétodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, yaque estas debilitan a los embobinados.Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella –delta como se muestra el la fig. 1.21; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque enestrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, Δ).
  31. 31. 31Conexión en estrella Conexión en DeltaFig. 1.21 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranqueEstrella – delta (triángulo)RuidoActualmente el ruido está sujeto a regulaciones estrictas, conniveles máximos permitidos. En consecuencia, consideramosla reducción del nivel de ruido como uno de los principalescriterios de diseño en el desarrollo de nuestros motores.Componentes del ruidoLos principales componentes del ruido en un motor son elventilador y el circuito electromagnético. A altas velocidadesy a altas potencias, el ruido del ventilador es predominante;a bajas velocidades predomina el del circuitoelectromagnético. En los motores de anillos, las escobillas ylos anillos suponen un ruido añadido
  32. 32. 32VentiladorEl ruido del ventilador se puede reducir mediante un diseño optimizado del ventilador.Similarmente, un incremento del rendimiento general del motor permite reducir el diámetro delventilador. Sin embargo, el ventilador debe ser suficientemente grande como para generar el flujode aire necesario para asegurar una refrigeración adecuada del motor.El nivel de ruido de los motores grandes se puede reducir mediante la incorporación de unsilenciador. En los motores grandes de 2 polos, es posible utilizar un ventilador unidireccional quegire solamente en una única dirección, con lo que se generaría menos ruido.Ruido propagado por el aire y por la estructuraEl ruido puede propagarse de dos maneras. El ruido propagado por el aire es el generado por elventilador; el ruido de la estructura es el generado por los rodamientos y por el ruido magnético alvibrar por la carcasa del motor, las fundaciones, las paredes y cualquier tipo de conducción.Ruido propagado por el aireDependiendo de la aplicación, el ruido propagadopor el aire puede reducirse mediante unsilenciador, un ventilador unidireccional omediante la instalación de un motor refrigeradopor agua. Por ejemplo, elegir un motorrefrigerado por aire y agua proporciona un nivelde ruido mucho más bajo a altas potencias y esmucho más barato que uno de refrigeración aire-aire totalmente cerrado. Un motor totalmentecerrado con una refrigeración por aire conentrada y salida separadas presenta por logeneral el mismo nivel de ruido que un motor conrefrigeración de agua e incluso cuesta menos.Dado que a menudo los motores grandes seinstalan en salas separadas, el nivel de ruido tiene una importancia secundaria.
  33. 33. 33Ruido propagado por la estructuraUn método efectivo para eliminar el ruido propagado por la estructura es montandocuidadosamente unos amortiguadores de vibración dimensionados. Sin embargo, elegirarbitrariamente los amortiguadores de vibración puede empeorar el problema del ruido.Motores de bajo ruidoLa mayoría de fabricantes suministran versiones con bajoruido para motores grandes y motores de altasvelocidades. Sin embargo, para alcanzar niveles bajos deruido, el diseño del motor presenta modificaciones quepueden afectar la refrigeración. En algunos casos, puedeser que un motor grande deba presentar necesariamente lapotencia requerida, lo cual haría aumentar su coste. Porello, el coste de un motor de bajo ruido deberíacompararse con el coste de otras medidas de reducción deruido que puedan aplicarse a la planta.Nivel de presión sonora y nivel de potencia sonoraEl sonido equivale a ondas de presión enviadas porun objeto a través del medio (generalmente el aire)en el que se encuentra. Durante una prueba de ruido,la presión sonora se mide endB. La diferencia entre la presión sonora detectablepara el oído humano y el límite del dolor humano esde 1:10.000.000. Dado que la diferencia de presión estan grande y que la diferencia de 10 dB quepercibimos es como el doble del nivel sonoro, seutiliza una escala logarítmica, en la que:Nivel de presión sonora Lp = 10 log (P/P0)2 dBP0 = 2* 10 - 5 (Pa) ruido mínimo detectableP = presión mesurable (Pa)La presión sonora se mide en una sala de pruebaspara eliminar el ruido reflejado y las fuentesexternas. Se coloca un micrófono en varios puntos aun metro del motor parar medir el sonido desdedistintas direcciones.Como el nivel de ruido varía en distintas direcciones debido a la influencia de las fuentes, se aplicauna tolerancia de 3 dB (A) para el nivel de presión sonora media.El nivel sonoro medido (Lp) puede ser convertido en potencia radiada desde la fuente sonora paradeterminar el nivel de potencia sonora (Lw).La fórmula para ello es: Lw = Lp + Ls (Ls se calcula desde la superficie a medir, según DIN)
  34. 34. 34Filtros de mediciónPara medir el sonido compuesto, se utilizan amplificadoresy filtros distintos. Detrás de los resultados en dB medidosde esta forma se les añade (A), (B) o (C), dependiendo delfiltro usado. Normalmente sólo se da el resultado en dB(A), el cual corresponde al más próximo a la percepciónauditiva.Los filtros pasan toda la gama de frecuencia pero atenúano amplifican algunas de sus partes. Las características delfiltro corresponden a las curvas estilizadas de 40, 70 y 100phons para los tonos puros.La información sobre el nivel de presión sonora sólo tienesentido si se establece la distancia desde la fuente sonora.Por ejemplo, 80 dB (A) a una distancia de un metro desdeuna fuente sonora corresponde a 70 dB (A) a tres metrosde la fuente
  35. 35. 35El factor de potenciaPotencia: la potencia consumida en un elementocualquiera de un circuito es la velocidad con la que laenergía eléctrica es convertida en cualquier otra formade energía (calorífica, mecánica, química etc.)El factor de potencia es la relación entre la potenciaactiva (en watts, W), y la potencia aparente (en Volts-Amper, VA) y describe la relación entre la potencia detrabajo o real y la potencia total consumida.FP= P/SFactor de potencia en Sistema monofásico y sistematrifásico.El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que seha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energíaconsumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor depotencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir untrabajo útil.La potencia efectiva o real (Activa)Es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo.Los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras formas de energíacomo: mecánica, lumínica, térmica, química, entre otras.Esta energía corresponde a la energía útil o potencia activa o simplemente potencia, similar a laconsumida por una resistenciaUnidades: Watts (W)Símbolo: P Sistema monofásico: P = V I COS ϕ Sistema trifásico P: = √3 V I COS ϕP = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A)Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi”√3=Valor constante en los sistemas trifásicos
  36. 36. 36La potencia reactiva QEs la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equiposinductivos como los motores y transformadores, requieren potenciaactiva para efectuar un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es utilizada para lageneración del campo magnético, almacenaje de campo eléctrico que en sí, no produce ningúntrabajo.La potencia reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia activa.Unidades: Volts-amperes reactivos (VAR)Símbolo: Q• Sistema monofásico: Q = V I sen ϕ• Sistema trifásico: Q = √3 V I sen ϕQ = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)√3=Valor constante en los sistemas trifásicosLa potencia aparente o total SEs la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también:Unidades: Volts-amperes (VA)Símbolo: S• Sistema monofásico: S = V I• Sistema trifásico: S = √3 V IS = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)V = Voltaje de la corriente, expresado en voltI = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)√3=Valor constante en los sistemas trifásicosGráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" es lamejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi”(Cos) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctricode corriente alterna.El factor de potencia (fp) es la relación entre las potencias activa(P) y aparente (S) si las corrientes y tensiones son señales sinusoidales.
  37. 37. 37 Potencia activa (P) (resistiva) Potencia reactiva (Q) (inductiva) Potencia aparente (S) (total)Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1.• En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en faseen este caso, se tiene un factor de potencia unitario.• En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentraretrasada respecto a la tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.• En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respectoal voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.Por medio de una tabla se puede calcular el factor de potencia actual y se pude ver o calcularfactor de potencia para arreglarlo
  38. 38. 38¿Por qué existe bajo factor de potencia?La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone enfuncionamiento elementos como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos derefrigeración, entre otros. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable, un alto consumo deenergía reactiva puede producirse como consecuencia.Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía.• Cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo Ø se incrementa ydisminuye el factor de potencia. Factor de potencia VS ángulo ØCorrector de Factor de Potencia CFPLa finalidad de corregir el factor de potencia es reducir o aun eliminar el costo de energía reactivaen la factura de electricidad. Para lograr esto, es necesario distribuir las unidades capacitivas,dependiendo de su utilización, en el lado del usuario del medidor de potencia. Existen variosmétodos para corregir o mejorar el factor de potencia, entre los que destacan la instalación decapacitores eléctricos o bien, la aplicación demotores síncronos que finalmente actúan comocapacitores• Compensación individual en motores• Compensación por grupo de cargas• Compensación centralizada• Compensación combinada
  39. 39. 39Consecuencias de un Factor de Potencia altoEntre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia podemos mencionar lossiguientes:Aumento en la corrienteIncrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales son una función del cuadrado de la corriente,ejemplo:-Los cables entre el medidor y el usuario-Los embobinados de los transformadores de distribución-Dispositivos de operación y protecciónAumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente suministro de potencia a las cargas,éstas sufren una reducción en su potencia de salida. Esta caída de tensión afecta a:-Embobinados de transformadores de distribución-Cables de alimentación-Sistema de protección y controlEstas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de energía eléctrica. El productorpenaliza al usuario con factor de potencia bajo haciendo que pague más por su electricidad.-Es por esta razón que las compañías de electricidad cargan tarifas más altas cuando el factor depotencia es bajo.Problemas técnicos:• Mayor consumo de corriente.• Aumento de las pérdidas en conductores.• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.• Incremento de las caídas de voltaje.Beneficios económicos:• Reducción de los costos por facturación eléctrica.• Eliminación del cargo por bajo factor de potencia.• Bonificación de hasta un 2.5 % de la facturación cuando se tengafactor de potencia mayor a 0.9
  40. 40. 40Ejemplo1:Se tiene un motor trifásico de 20 kW operando a 440 V, con un factor de potencia de 0.7, si laenergía se entrega a través de un alimentador con una resistencia total de 0.166Ohms calcular:• A) La potencia aparente y el consumo de corriente• B) Las pérdidas en el cable alimentador• C) La potencia en kVAR del capacitor que es necesario para corregir el F.P. a 0.9Nos referimos a la tabla del coeficiente “K” y se escoge el valor que está dado por el valor actualdel FP y el valor deseado:• D) Repetir los incisos a) y b) para el nuevo factor de potenciaA) La corriente y la potencia aparente
  41. 41. 41E) Las pérdidas en el alimentador• E) La energía anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mes• La reducción de las pérdidas:• La energía ahorrada al año:• Considerando a $ 0.122 por kWh, se tienen $ 242.88 de ahorro tan sólo en el alimentadorCONCLUSIONESEl valor del factor de potencia es determinado por eltipo de cargas conectadas en una instalación. Deacuerdo a su definición el factor de potencia esadimensional y puede tomar valores entre 0 y 1En un circuito resistivo puro: φ = 0Esto es la corriente y la tensión cambian de polaridaden el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo tantoel factor de potencia la unidad.Por otro lado en un circuito reactivo puro, la corrientey la tensión están en cuadratura: φ = 90 °, siendo elfactor de potencia igual a cero.
  42. 42. 42Ejercicios1.- Calcula la capacidad de cada uno de los condensadores que deben conectarse en paralelo y entriángulo en una instalación de 5000W y FP=0,75 para mejorar este factor de potencia hasta 0,95,sabiendo que la red es de 380V/50Hz.Calcula la intensidad consumida antes y después de mejorar el factor de potencia.2.- Calcula la capacidad de los condensadores para corregir el factor de potencia de0,7 a 0,9 de un motor trifásico con una potencia de 2,5KW conectado a una red de400V/50Hz.3.- ¿Qué corriente consumirá una instalación antes y después de acoplarle una batería decondensadores que mejora el factor de potencia de una instalación de10KW de 0,8 a 1, si la red es de 400V/50Hz?4.- Un horno de inducción con factor de potencia 0,7 consume 25A al conectarlo a una red de400V/50Hz. Calcula la P,Q y S del receptor.5.- Calcula la potencia activa y reactiva consumida por un conjunto de bombillas incandescentesde 60W/230V cada una conectadas en estrella a una red de400V/50Hz. Recuerda que una bombilla incandescente es un receptor resistivo puro.6.- Calcula la potencia consumida por tres lámparas incandescentes de 580Ω cada una si estánconectadas a una red de 400V/50Hza) en estrella.b) en Delta
  43. 43. 43Identificación de la placa de un motorLa placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente al motor. Lafigura muestra dos placas típicas de motores.
  44. 44. 44DATOS DE PLACA DE UN MOTORLa placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente almotor. Lafigura muestra dos placas típicas de motores. Tipo de motor 1LA jaula de ardilla Dimensiones del motor IM B5
  45. 45. 45 Norma de construcción IEC/EN 60034CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA MAQUINAS Y APARATOS ELÉCTRICOS, DE ACUERDOCON SU ESTABILIDAD TÉRMICA (según norma IEC)Clase YTemperatura límite 90°CComprende a materiales o asociación de materiales, tales como algodón, seda y papel sinimpregnación.Clase ATemperatura límite 105°CComprende a materiales o asociación de materiales, tales como algodón, seda y papel conimpregnación o sumergidos enun dieléctrico, como puede ser el aceite.Clase ETemperatura límite 120°CComprende a materiales o asociación de materiales, de la clase A, para los que se garantiza suutilización para una temperatura superior a 15°C.Clase BTemperatura límite 130°CComprende a materiales o asociación de materiales, tales como mica, fibra de vidrio, etc., conaglomerantes adecuados.Clase FTemperatura límite 155°CComprende a materiales o asociación de materiales de la clase B, para los que se garantiza suutilización para una temperatura superior en 25° C.
  46. 46. 46Clase HTemperatura límite 180°CComprende a materiales o asociación de materiales tales como siliconas, mica y fibra de vidrioconvenientemente mezclados con resinas y siliconas.Clase CTemperatura límite superior a 180°CComprende a materiales o asociación de materiales tales como siliconas, mica, vidrio y cuarzoconvenientemente aglutinados para soportar temperaturas superiores a los 90°C. Tipo alimentación 3 ∼ (Trifásico)Tensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensionespueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden servariadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general losmotores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto alvalor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, nimayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buenfuncionamiento del motor.• Potencia 15 kWLa potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts.• Voltaje nominalEste depende del tipo de conexión que estamos utilizando Ya sea en delta ∆ o estrella ү losdistintos tipos de motores dependerán eléctricamente de las tensiones a las cuales las diferentesredes de distribución estén normalizadas a servir.• Tipo de conexión ү o ∆Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella –delta como se muestra en la fig. 1.21; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque enestrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, Δ)Fig. 1.21 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranqueEstrella – delta (triángulo)• Frecuencia nominal 60 Hz
  47. 47. 47La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendodel país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo. Factor de potencia (cosφ )0,90Es el término que se utiliza para explicar la cantidad de energía eléctrica que se transforma entrabajo el valor ideal es 1 o 0.90 un valor menor a este determinaría que se utiliza mayor cantidadde energía eléctrica para generar un trabajo Grado de protecciónEs la protección del motor contra la entrada de cuerpos extraños (polvo, fibras, etc.), contactoaccidental y penetración de agua.Así, por ejemplo, un equipamiento a ser instalado en un local sujeto a chorros de agua, debeposeer un envoltorio capaz de soportar tales chorros de agua, bajo determinados valores depresión y ángulo de incidencia, sin que haya penetración que pueda ser perjudicial alfuncionamiento del motor.El grado de protección es definido por dos letras (IP) seguido de dos dígitos. El primer dígito indicaprotección contra la entrada de cuerpos extraños y contacto accidental, mientras el segundo dígitoindica la protección contra la entrada de agua.
  48. 48. 48Comentario: El W (IP55W) indica protección contra agentes climáticos, tipo: lluvia, salitre, sereno,etc.Por ejemplo:
  49. 49. 49
  50. 50. 50
  51. 51. 51Tipos de motores CDTipos de motores eléctricos.Los principales tipos de motores son los de corriente alterna olos de corriente continua. Estos últimos se clasifican según suconexión: motor en serie, compound, shunt, motor eléctricosin escobillas, motores pasó a paso y motor sin núcleo. Estosmotores han revolucionado la industria por lo económicos y lofácilmente adaptables en términos de posición. Sin embargo,han sido superados, luego del advenimiento de la electrónica,por los motores de corriente alterna, que permiten unaregulación de la velocidad más económica a nivel industrial.Estos motores tienen una estructura similar aunque con algunasdiferencias en la disposición del rotor. Los motores de corriente alterna se clasifican enasincrónicos (o de inducción), sincrónicos y colectores. A su vez pueden ser monofásicos otrifásicos.El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua enmecánica, provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones conmotores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones,ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control deposición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones decontrol y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuidoen gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controladosde igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de estolos motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenesy tranvías) o de precisión (máquinas, micro motor, etc.)La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidaddesde vacío a plena carga.
  52. 52. 52Partes fundamentales de un motor CAEl motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales:Rotor(Circuito de armadura o inducido)Constituye la parte móvil del motor, proporciona el parpara mover a la carga.Está formado por:• Eje• Núcleo y Devanado• Colector• TapasEje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y alcolector.Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, sufunción es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujomagnético del devanado circule.Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergaral devanado de la armadura (bobinado).Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinasestán alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido asu movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor(delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuitocon dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, demodo que gira con éste y está en contacto con las escobillas.La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndolaal circuito por medio de las escobillas.EstatorConstituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar elflujo magnético que será usado por el bobinado del rotor pararealizar su movimiento giratorio.Armazón Imán permanente Escobillas y porta escobillas
  53. 53. 53Motores CD1) Motor en serie Es un tipo de motor eléctrico de corrientecontinua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitaciónvan conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o delinductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor.Las principales características de este motor son:- Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de unmotor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, enel motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor esla misma que en el inducido.- La potencia es casi constante a cualquier velocidad.- Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de estaprovoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra electromotriz,estabilizándose la intensidad absorbida.Motor compound o motor de excitación compuesta: Es un Motoreléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dosbobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con elbobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formadopor los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar.Motor shunt o motor de excitación en paralelo: Es un motoreléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal estáconectado en derivación o paralelo con el circuito formado por losbobinados inducido e inductor auxiliar.Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales estánconstituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo quela resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
  54. 54. 54Motor eléctrico sin escobillas: También llamadomotor brushless es un motor eléctrico que noemplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en elrotor.Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas oun par de anillos rasantes. Estos sistemas, que producenrozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor yruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producirpartículas de carbón que manchan el motor de un polvoque, además, puede ser conductor.Motores paso a paso: Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsoseléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa esque es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo desus entradas de control. El principio de funcionamiento básico de losmotores paso a paso consiste en alimentar solo algunas de las bobinasdel estator con corriente continua generando un flujo con unadirección fija, que al interactuar con el rotor del motor produce un paren función del ángulo de desfasaje de la posición de equilibrio, quedepende de del tipo de motor paso a paso empleado.Para producir el movimiento de rotación la bobina excitada debe cambia a medida que el rotorllega a la posición de equilibrio.Motor sin núcleo: Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada muycortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y permite fuertesaceleraciones, 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 lasescobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que gira entre imanespermanentes colocados a ambos lados del disco.
  55. 55. 55Generadores de corriente directa CD.Un generador es una máquina eléctrica que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Sinembargo el proceso de generación de energía eléctrica es algo complejo y ésta se genera en formade onda sinusoidal, es decir, no en continua, sino que es alterna. Un generador de corrientecontinua es una maquina eléctrica que, además de generar la energía eléctrica mediante elmovimiento, se encarga de convertirla en forma continua o directa mediante un mecanismo deconversión.Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas de corriente continua cuandofuncionan como generadores. Son máquinas que producen energía eléctrica por transformaciónde la energía mecánica.A su vez los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, según que produzcan corrientecontinua o alterna, respectivamente.Posteriormente, cabe destacar otro tipo de generadores (no son máquinas) que transforman laenergía química en la eléctrica como son pilas y acumuladores.Clasificación de generadores de corriente continua CD.1) Generador con excitación independienteEn este tipo de generador, la tensión en los bornes escasi independiente de la carga de la máquina y de suvelocidad, ya que la tensión se puede regular pormedio del reóstato de campo, aunque naturalmente,dentro de ciertos límites, porque la excitación delcampo inductor no puede aumentar más allá de loque permite la saturación.En la Figura 2 se representa el esquema de conexionescompleto de un generador de corriente continua conexcitación independiente; se supone que el sentido degiro de la máquina es a derechas lo que, por otro lado,es el que corresponde a casi todas las máquinasmotrices. Si hubiere que cambiar el sentido de giro,bastará con cambiar, las conexiones del circuitoprincipal.
  56. 56. 56Generador con excitación en paralelo (shunt)El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a unatensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga,aunque no tan constante como en el caso del generador con excitaciónindependiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquinatiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina ala alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión enbornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casitoda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y laexcitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga seanula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete lamáquina, que se desexcita automáticamente, dejando de producircorriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitaciónindependiente en donde un cortocircuito en línea puede producirgraves averías en la máquina al no existir éste efecto de desexcitaciónautomática.Respecto a los generadores de excitación independiente, losgeneradores shunt presentan el inconveniente de que no puedenexcitarse si no están en movimiento, ya que la excitación procede de lamisma máquina.Generador con excitación en serieLa excitación de un generador enserie se lleva a cabo cuando losdevanados de excitación y delinducido se conectan en serie y,por lo tanto la corriente queatraviesa el inducido en este tipode generador es la misma que laque atraviesa la excitación. Esteúltimo devanado, está constituidopor pocas espiras con hiloconductor de gran sección, pues laf.e.m. necesaria para producir elcampo principal se consigue confuertes corrientes y pocas espiras.
  57. 57. 57Generador con excitación compoundEl generador con excitación compound tiene la propiedad deque puede trabajar a una tensión prácticamente constante, esdecir, casi independiente de la carga conectada a la red,debido a que por la acción del arrollamiento shunt lacorriente de excitación tiende a disminuir al aumentar lacarga, mientras que la acción del arrollamiento serie escontraria, o sea, que la corriente de excitación tiende aaumentar cuando aumente la carga. Eligiendoconvenientemente ambos arrollamientos puede conseguirseque se equilibren sus efectos siendo la acción conjunta unatensión constante cualquiera que sea la carga. Incluso, sepuede obtener dimensionando convenientemente elarrollamiento serie, que la tensión en bornes aumente siaumenta la carga, conexión que se denomina hipercompoundy que permite compensar la pérdida de tensión en la red, deforma que la tensión permanezca constante en los puntos deconsumo.El generador compound tiene la ventaja, respecto algenerador shunt, de que no disminuye su tensión con lacarga, y, además, que puede excitarse aunque no estéacoplado al circuito exterior, tal como vimos que sucedía en elgenerador shunt. Durante la puesta en marcha, funcionacomo un generador shunt una vez conectado a la red, latensión en bornes del generador shunt, tendería a disminuir si no fuera por la acción delarrollamiento serie, que compensa esta tendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sirve pararegular la tensión del generador, en el caso de que la resistencia exterior descienda más allá decierto límite.
  58. 58. 58Regulación de voltaje de un generador de corrientedirecta CD.La necesidad de mantener la tensión en bornes de un generador dentro de unos márgenesdeterminados surge en los generadores con excitación en paralelo o mixta. Esto se debe a queeste tipo de generadores son utilizados como fuentes de tensión constante en los sistemas depotencia con corriente continua, y se hace necesario que la tensión en los mismos varíe lo menosposible cuando lo hace la carga conectada a los mismos.La tensión en bornes de un generador en paralelo viene dada por:Vc = kn -RiIikn = f.e.m.La tensión Vc varía básicamente, o porque la carga conectada se modifica, y por tanto varía Ii, oporque la velocidad de arrastre del generador (n) no es constante, por ambas cosas a la vez. Paramantener la tensión constante en un valor, o dentro de un margen, se hace necesario actuarsobre.Aumentando se compensarán las caídas de tensión, y disminuyendo se compensarán laselevaciones de tensión. Esta variación se consigue haciendo pasar más o menos intensidad por eldevanado de excitación. Una forma fácil de conseguirlo es intercalando una resistencia variable enla rama del devanado de excitación,Sistemas utilizados para la regulación de la velocidad en los motoresLa ecuación general de la velocidad de un motor de c. c., es:En donde:Vb = tensión aplicada al inducido= flujo inductorN = velocidad de rotación del motorEsta expresión indica que la regulación de la velocidad de un motor de corriente continua puedehacerse actuando sobre la tensión aplicada al inducido o bien variando el flujo inductor, ya que eltérmino Ri·Ii es muy pequeño y no modifica prácticamente la ecuación.A su vez, la regulación de la tensión aplicada al inducido puede hacerse por:
  59. 59. 591) Control reostático en el inducido:La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con elinducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque.La introducción de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule unapotencia R·I2, tanto más importante cuanto más haya de variarse la velocidad.2) Regulación por acoplamiento de motores:Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motores como ocurre entracción eléctrica.Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexiones siguientes:Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará1/6 de la tensión de red, y los motores girarán a la velocidad más reducida.Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. Latensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayorvelocidad que en el caso anterior.Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión quese aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red.3) Grupo Ward-Leonard:Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy utilizado principalmentepara trabajos duros, que consume potencias elevadas.El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas:Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corrientealterna y un generador de corriente continua de excitación independiente.El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente.Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por unrectificador, por ser este último el que ha reemplazado ventajosamente a la excitatriz.La regulación del flujo inductor puede conseguirse por:4) Control reostático en el circuito inductor:Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otroprocedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación.La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanadode campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.
  60. 60. 60Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y de reducidoconsumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son:En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el motor serie, mínima laresistencia desviadora Rr.Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de control de velocidadreducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir la velocidad, por la limitación dela saturación del circuito magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y laconsiguiente reacción de inducido.
  61. 61. 61Motores de corriente alternaEl motor síncronoEste motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a lafrecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Por ejemplo si la fuente es de 60Hz, si elmotor es de dos polos, gira a 3600 RPM; si es de cuatro polos gira a 1800 RPM y asísucesivamente. Este motor o gira a la velocidad constante dada por la fuente o, si la carga esexcesiva, se detiene.El motor síncrono es utilizado en aquellos casos en que los que se desea velocidad constante. Ennuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están en relacionadas con sistemas deregulación y control mas no con la transmisión de potencias elevadas.Comentario: Como curiosidad vale la pena mencionar que el motor síncrono, al igual que el motorde corriente directa, precisa de un campo magnético que posibilite la transformación de energíaeléctrica recibida por su correspondiente armadura en energía mecánica entregada a través deleje.
  62. 62. 62Características¿Por Qué Utilizar Motores Sincrónicos?Las aplicaciones de los motores sincrónicos en la industria, la mayoría de las veces, resultan enventajas económicas y operacionales considerables, debido a sus características defuncionamiento. Las principales ventajas son:Corrección del factor de potenciaLos motores sincrónicos pueden ayudar a reducir los costos de energía eléctrica y mejorar elrendimiento del sistema de energía, corrigiendo el factor de potencia en la red eléctrica dondeestán instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualarse al valor invertidoen el motor.Velocidad constanteLos motores sincrónicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecargacomo durante momentos de oscilaciones de tensión, respetándose los límites del conjugadomáximo (pull-out).Alto rendimientoEn la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro deenergía. Los motores sincrónicos son proyectados para operar con alto rendimiento en un ampliorango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energía para una gran variedadde cargas.
  63. 63. 63AplicacionesLos motores sincrónicos son fabricados específicamente para atender las necesidades de cadaaplicación.Debido a sus características constructivas, operación con alto rendimiento y adaptabilidad a todotipo de ambiente, son utilizados en prácticamente todos los sectores de la industria, tales como: Minería (moledoras, molinos, cintas transportadoras y otros) Siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas y compresores) Papel y celulosa (extrusoras, picadoras, desfibradoras, compresores y refinadoras) Saneamiento (bombas) Química y petroquímica (compresores, ventiladores, extractores y bombas) Cemento (moledoras, molinos y cintas transportadoras) Goma (extrusoras, molinos y mezcladoras)Velocidad fijaLas aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad fija se justifican por los bajos costosoperacionales, una vez que presentan un alto rendimiento y pueden ser utilizados comocompensadores sincrónicos para corrección del factor de potencia.Velocidad variableLas aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad variable se justifican en aplicaciones de altotorque con baja rotación y un largo rango de ajuste de velocidad.La construcción de los motores para estas aplicaciones puede ser con o sin escobillas,dependiendo de las características de la carga y del ambiente. Debido al mayor rendimiento,menor tamaño y mayor capacidad de potencia, pueden substituir motores de corriente continuaen aplicaciones de alta performance.Los motores sincrónicos pueden ser especificados con corriente de partida reducida, lo queimplica un menor disturbio en el sistema eléctrico durante el arranque, así como reducción en lastensiones mecánicas resultantes en los devanados del motor.
  64. 64. 64Partes fundamentales de un motor síncronoTipos de ExcitaciónLos motores sincrónicos necesitan de una fuente de corriente alterna para alimentar el devanadode campo (devanado del rotor), que usualmente es abastecido a través de una excitatriz giratoriasin escobillas (brushless) o a través de anillos recolectores y escobillas (excitatriz estática).Las máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En nuestro medio susaplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en la generación de energía eléctrica.Para el caso referente a la máquina rotativa síncrona, todas las centrales Hidroeléctricas yTermoeléctricas funcionan mediante generadores síncronos trifásicos. Para el caso del motor seusa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada, mayor que 1 MW (megavatio).Los motores síncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que utilizan, siendoestos: rotor de polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes.RotorEl rotor puede ser construido con polos lisos o salientes dependiendo de las característicasconstructivas del motor y de su aplicación. El rotor completo está formado por la estructura quecompone o soporta los polos, los devanados de campo y la jaula de arranque, que son las partesactivas giratorias del motor síncrono.Los polos del campo son magnetizados a través de la corriente CC de la excitatriz o directamentepor anillos recolectores y escobillas. En funcionamiento, los polos se alinean magnéticamente porel entrehierro y giran en sincronismo con el campo giratorio del estator. Los ejes son fabricados enacero forjado y mecanizados según las especificaciones. La punta deeje normalmente es cilíndrica o bridada.Motores de rotor de polos lisos opolos no salientes: se utilizan enrotores de dos y cuatro polos.Estos tipos de rotores estánconstruidos al mismo nivel de lasuperficie del rotor. Los motoresde rotor liso trabajan a elevadasvelocidades. Motores de polos salientes: Losmotores de polos salientes trabajan abajas velocidades. Un polo saliente esun polo magnético que se proyectahacia fuera de la superficie del rotor.
  65. 65. 65Tipos de Refrigeración y Grados de ProtecciónLos tipos de refrigeración/protección más utilizados en los motores sincrónicos son: IC01 - auto-ventilados, grado de protección IP23 IC611 - intercambiador de calor aire-aire, grado de protección IP54 a IP65W IC81W - intercambiador de calor aire-agua, grado de protección IP54 a IP65WAdemás de los tipos de refrigeración citados, los motores pueden ser suministrados conventilación forzada, entrada y salida de aire por ductos, y otros medios de refrigeración,atendiendo de la mejor forma las características de aplicación y del ambiente donde seráninstalados.Características ConstructivasCarcasaSu función principal es la de apoyar y proteger el motor, alojandotambién el paquete de chapas y devanados del estator.Pueden ser construidas en los tipos horizontal y vertical y congrado de protección de acuerdo con las necesidades delambiente. La carcasa está construida en chapas y perfiles de acerosoldado, formando un conjunto sólido y robusto que es la baseestructura de la máquina. Todo el conjunto de la carcasa recibeun tratamiento de normalización para alivio de tensionesprovocadas por las soldaduras.Ese tipo de construcción proporciona excelente rigidez estructuralde manera de soportar esfuerzos mecánicos provenientes deeventuales cortocircuitos y vibración, capacitando al motor para atender las más severasnecesidades.EstatorConstituido por un paquete laminado de chapas de acero silicio dealta calidad, con ranuras para alojar el devanado del estator, queopera con alimentación de potencia en corriente alterna paragenerar el campo magnético giratorio.CojinetesEn función de la aplicación, los motores sincrónicos puedenser suministrados con cojinetes de rodamiento o cojinetes dedeslizamiento.Estos cojinetes están normalmente constituidos porrodamiento de esferas o de rodillos cilíndricos, dependiendode la rotación y de los esfuerzos axiales y radiales a los queson sometidos, en algunas aplicaciones pueden ser utilizadosrodamientos especiales. Los cojinetes de rodamientospueden ser lubricados con aceite o grasa.Cojinetes de deslizamientoLos cojinetes de deslizamiento pueden tener lubricación natural(auto-lubricables) o lubricación forzada (lubricación externa).
  66. 66. 66RevolucionesTodos los motores de corriente continúan así como los síncronos de corriente alterna incluidos enla clasificación anterior tienen una utilización y unas aplicaciones muy específicas.Los motores de corriente alterna asíncronos, tanto monofásicos como trifásicos, son los quetienen una aplicación más generalizada gracias a su facilidad de utilización, poco mantenimiento ybajo coste de fabricación. Por ello, tanto en esta unidad como en la siguiente nos centraremos enla constitución, el funcionamiento y la puesta en marcha de los motores asíncronos de inducción.La velocidad de sincronismo de los motores eléctricos de corriente alterna vieneDefinida por la expresión:Dónde:n =Numero de revoluciones por minutof = Frecuencia de la redp = Numero de pares de polos de la maquina
  67. 67. 67El esquema presenta solamente 6 ranuras, y sobre cada par de ranuras opuestas se colocan loslados de una bobina, cuyos principios y finales tienen la siguiente denominación:Bobina 1: u1 – u2Bobina 2: v1 – v2Bobina 3: w1 – w2En la figura anterior se ha esquematizado la bobina 1, donde se puede ver cómo están ubicadoslos conductores en las ranuras, siendo las otras dos bobinas idénticas, pero con su ejesmagnéticos, formando un ángulo de 120 °, entre si.obinasconcatenaran un valor de dicho flujo de acuerdo a la posición instantánea del rotor.
  68. 68. 68Sistema trifásico de tensionesSi analizamos el valor eficaz de la tensión en bornes de cada una de las bobinas ó fasesdel generador, el mismo será:Frecuencia y número de polosLa máquina que analizamos era de 2 polos magnéticos, y por cada vuelta que efectúa el rotor segenera un ciclo completo de la fuerza electromotriz inducida en cada una de las fases del estator,por lo tanto si el rotor gira a “n s” vueltas por minuto, se cumplirán “n” ciclos por minuto, por lotanto la frecuencia en ciclos por segundo en el estator será:DondeSi la maquina tiene mas de un par de polos, la expresión general de la frecuencia obtenida esF: Frecuencia de la fuerza electromotriz inducida en ciclos por seg o Hertz [Hz]p: Cantidad de pares de polosn S: Velocidad de giro del rotor [r.p.m.]El esquema de la figura se muestra una maquina de 4 polos (Dos pares de polos):
  69. 69. 69Esta máquina presenta dos pares de polos en el rotor y además en el estator la cantidad deranuras es el doble que en el caso anterior, de tal forma que cada fase ocupa el doble de ranuras,estando formada cada una de ellas por dos bobinas conectadas en serie, con el mismo ejemagnético de la siguiente forma:Fase 1: u1 - u3 - u3 - u2Fase 2: v1 - v3 - v3 - v2Fase 3: w1 - w3 - w3 - w2La figura 9.5 muestra cómo está conformada una de las fases, la cual tiene dos bobinas con unmismo eje magnético, pero el flujo originado por las corrientes tiene sentido opuesto.
  70. 70. 70Reacción de armaduraSi las tres bobinas del estator se unen en un punto común (u2 = v2 = w2), formando una conexiónque se denomina estrella y colocamos una carga por las mismas circulara una corriente quedependerá de las características de dicha carga (óhmica, óhmica-inductiva, óhmica capacitiva), locual hará que la corriente este desfasada un cierto Angulo en atraso o en adelanto.Debido a esa corriente, en el estator se creara un campo magnético alternativo en cada una de lasfases, los que al componerse dará origen a un campo magnético rotante que llamaremos reacciónde armadura y que gira a la misma velocidad del rotor.En la figura 9.7 vemos la situación para una posición del rotor en la cual la bobina estatifica (u1 –u2), concatena el máximo flujo rotórico ya que sus ejes magnéticos son coincidentes.En esta situación, la fuerza electromotriz inducida en la mencionada bobina tiene un valor igual acero, en cambio las otras dos tienen un valor mitad con los sentidos indicados (Punto“saliente” y cruz “entrante”). Estos sentidos los podemos obtener del grafico de la figura 5.3 devalores instantáneos de las FEM inducidas, en el cual vemos que en la situación para t = 0, en labobina (v1 – v2), la FEM es negativa, o sea entrante (cruz), por el terminal “v1”, por lo que en elterminal “v2” va a ser saliente (punto), y en la bobina w1 – w2, es positiva o sea saliente (punto)por el terminal w1, y entrante(cruz) por el terminal w2.Pasemos a analizar lo que pasa con distintos tipos de carga en el estator.Carga óhmica puraCon este tipo de carga la corriente va a estar en fase con la tensión en bornes de la máquina, locual hace que las corrientes sean entrantes y salientes de acuerdo a lo mostrado en laFigura 5.7, y coincidiendo su sentido con el indicado en la figura 9.8, en la cual la corriente en“u1 – u2”, tiene un valor igual a cero y en la bobina “v1 – v2” la corriente es entrante por “v1”(negativa) y saliente por “w1” (positiva).Debido a esto en el estator se produce un campo magnético rotante, como vimos anteriormente,cuya posición es la indicada en la figura, para el instante que se está estudiando.Podemos observar que el eje magnético del rotor y el eje magnético del campo rotante del estatorestán formando un Angulo de 90°.Esto hace que la tensión en bornes difiera de la fuerza electromotriz inducida, debido a que elcampo en el entrehierro de la maquina no solo el producido por el rotor, sino que se compone conel de reacción de armadura.
  71. 71. 71
  72. 72. 72Carga inductiva puraEn la figura 9.9 y para la misma posición del rotor (t = 0), vemos cual es la situación de lascorrientes en el estator, que en este caso tienen un ángulo de atraso de 90°.Debido a que en la bobina u1 – u2 , la FEM inducida pasa por cero, la corriente que circula por lamisma, para ese instante pasa por su valor máximo, mientras que en las otras dos bobinas su valores la mitad y de signo contrario para que la suma de las tres sea igual a cero. En la figura9.10 se observa el signo de las corrientes.En esta situación el campo magnético giratorio del estator tiene su posición indicada en la figura.De aquí se observa que las fuerzas magneto motrices del rotor y de la armadura se oponen, lo cualnos está indicando que el efecto de esta última es netamente “desmagnetizante”.
  73. 73. 73Carga capacitiva puraEn la figura 9.11 y para la misma posición del rotor, vemos cual es la situación de las corrientes enel estator, que en este caso tienen un Angulo de adelanto de 90°.Debido a que en la bobina u1 – u2, la FEM inducida pasa por cero, la corriente que circula por lamisma, para ese instante pasa por su valor máximo, mientras que en las otras dos bobinas su valores la mitad y de signo contrario para que la suma de las tres sea igual a cero.El sentido de las corrientes lo podemos obtener de la figura 9.12.En esta situación el campo magnético giratorio del estator tiene su posición indicada en la figura.De aquí se observa que las fuerzas magnéticas motrices del rotor y de la armadura se superponen,lo cual nos está indicando que el efecto de esta última es netamente “magnetizante”.

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