UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
INTEGRANTES DEL EQUIPO:
KARLA PALMIRA LUIS DE JESUS ACADÉMICO:
DR. MARIO SILVA VILLEGAS
LABORATORIO MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA
REPORTE DE PRACTICA:
PRACTICA 31
NOMBRE:
El motor monofásico de fase hendida, parte I
SECCIÓN
GRUPO
HORA
DIA
_ FECHA DE REALIZACIÓN: FECHA DE ENTREGA:
Vo. Bo.
x x
Calificación
UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Campus: Ciudad Mendoza, Veracruz Laboratorio: MAQUINAS ELECTRICAS Bloque: Día de práctica: Práctica No: 31 Sección: Horario: Tema: El motor monofásico de fase hendida, parte I Nombre de la práctica: Motor monofásico de fase hendida, parte I Competencias: - Comprende la estructura de un motor de fase hendida - Mide la resistencia de sus devanados - Identifica los componentes eléctricos y mecánicos del motor
1. INTRODUCCIÓN Si la potencia monofásica estándar que se utiliza en las casas se va a usar para arrancar y operar un motor de c-a es necesario hacer algo para producir dos fases. Por lo general, los medios para derivar dos fases de una sola, ósea para efectuar la división de fase forman parte del circuito del estator del motor c-a. La potencia bifásica crea el campo magnético giratorio. En uno de los métodos se emplea un devanado auxiliar especial integrado dentro del estator, que se conoce como el nombre de devanado de arranque (auxiliar), para diferenciarlo del devanado de operación (principal) del estator. En motores de c-a de fase hendida, el devanado de arranque se utiliza solo para poner en marcha el motor, y tiene una resistencia elevada y poca reactancia inductiva. El devanado de operación tiene poca resistencia y elevada reactancia. Cuando se aplica inicialmente la potencia, los dos devanados se energizan. Debido a sus diferencias reactancias inductivas, la corriente del devanado de funcionamiento se atrasa con respecto a la corriente del devanado de arranque, creándose una diferencia de fase entre las dos. Lo ideal sería que la diferencia de fase fuese de 90 grados: pero usualmente es mucho menor. No obstante, los campos generados por los devanados están defasados entre sí, con lo cual se produce un campo magnético giratorio en el estator. Esto produce un par en el rotor, con lo cual el motor arranca. Cuando el motor alcanza la velocidad de operación, el rotor puede seguir el campo magnético creado por el devanado de operación, y ya no se necesita el campo del devanado de arranque. Este último es desconectado por medio de un dispositivo mecánico denominado
Interruptor centrifugo, ya que funciona a base de fuerza centrífuga creada por la revoluciones del rotor. El sentido del giro de un campo giratorio de fase hendida se puede invertir, invirtiendo las conexiones del devanado de arranque. Esto hace variar el sentido del cambio inicial de fase, creando un campo magnético giratorio en sentido opuesto. La velocidad del motor depende esencialmente de la frecuencia de la línea de alimentación de c-a y del número del estator El motor de fase hendida, al igual que cualquier motor monofásico de inducción, vibra mecánicamente al doble de la frecuencia de la línea de alimentación. 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS El motor de fase partida es uno de los distintos sistemas ideados para el arranque de los motores asíncronos monofásicos. Se basa en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofásico por un bifásico (que puede arrancar sólo). El motor dispone de dos devanados, el principal y el auxiliar; además, lleva incorporado un interruptor centrífugo cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor.1 Además del motor de fase partida existen otros sistemas para arrancar motores monofásicos como es el caso de motores de arranque por condensador. La necesidad del motor de inducción monofásico de fase partida se explica de la siguiente forma: existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compañía eléctrica solo suministra un servicio de c.a monofásico. Además, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministro monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos, fundamentalmente frigoríficos. En estos no se emplean los interruptores centrífugos, sino interruptores electromagnéticos, que disponen de una bobina conectada en serie con el bobinado principal. En el arranque, la intensidad de corriente en este es muy alta y el interruptor electromagnético cierra un contacto que conecta el bobinado de arranque o auxiliar. A medida que va alcanzando velocidad va disminuyendo la intensidad, hasta que la bobina del interruptor deja de mantener cerrado el contacto y se desconecta el bobinado de arranque. Otra manera de hacer esta función es empleando una resistencia PTC en serie con el bobinado de arranque. En el momento de conectar el motor la resistencia está fría y su valor es bajo, circulando una intensidad elevada por el bobinado de arranque. Esta corriente va calentando la resistencia, por lo que su valor va aumentando considerablemente, produciendo una disminución de la intensidad hasta hacerse muy pequeña. La mayoría de los motores monofásicos de fase partida son motores pequeños de caballaje fraccionario. Tanto para 115 v como para 230 v en servicio monofásico. Los motores monofásicos de inducción de fase partida experimentan una grave desventaja. Puesto que solo hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de inducción no rota. En su lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma dirección. Puesto que no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de inducción no tiene par de arranque. Es por ello que se conecta en paralelo una bobina de arranque en forma paralela. Para así poder crear un campo giratorio y de esta manera tener un torque de arranque, la bobina de arranque es desconectada por medio de un interruptor centrífugo.
PARTES:
Rotor Se compone de tres partes fundamentales. La primera de ellas es el núcleo, formado por un paquete de láminas o chapas de hierro de elevada calidad magnética. La segunda es el eje, sobre el cual va ajustado a presión el paquete de chapas. La tercera es el arrollamiento llamado también jaula de ardilla, que consiste en una serie de barras de cobre de gran sección, alojadas en sendas ranuras axiales practicadas en la periferia del núcleo y unidas en cortocircuitos mediante dos gruesos aros de cobre, situados uno a cada extremo del núcleo. En la mayoría de los motores de fase partida el arrollamiento rotorico es de aluminio y esta fundido de una sola pieza. Estator Se compone de un núcleo de chapas de acero con ranuras semicerradas, de una pesada carcasa de acero o de fundición dentro de la cual esta introducido a presión el núcleo de chapas, y de dos arrollamientos de hilo de cobre aislado alojados en las ranuras y llamados respectivamente arrollamiento principal o de trabajo y arrollamiento auxiliar o de arranque que están conectados en paralelo entre sí. En el instante de arranque están conectados uno y otro a la red de alimentación; sin embargo, cuando la velocidad del motor alcanza un valor prefijado el arrollamiento de arranque es desconectado automáticamente de la red por medio de un interruptor centrífugo montado en el interior del motor. Placas térmicas Los escudos o placas térmicas, están fijados a la carcasa del estátor por medio de tornillos o pernos; su misión principal es mantener el eje del rotor en posición invariable. Cada escudo tiene un orificio central previsto para alojar el cojinete, sea de bolas o de deslizamiento, donde descansa el extremo correspondiente del eje rotorico. Los dos cojinetes cumplen las siguientes funciones: sostener el peso del rotor, mantener a este exactamente centrado en el interior del estátor, permitir el giro del rotor con la mínima fricción y evitar que el rotor llegue a rozar con el estátor. Interruptor centrífugo Éste va montado en el interior del motor. Su misión es desconectar el arrollamiento de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada. El tipo más corriente consta de dos partes principales, una fija y otra giratoria. La parte fija está situada por lo general en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva dos contactos, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar. En algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada en el interior del cuerpo del estátor. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor, y el funcionamiento de un interruptor sucede mientras el rotor esta en reposo o girando apoca velocidad, la presión ejercida por la parte móvil del interruptor mantiene estrechamente cerrados los dos contactos de la parte fija. Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75 % de su velocidad de régimen, la parte giratoria cesa de presionar sobre dichos contactos y permite por tanto que se separen, con lo cual el arrollamiento de arranque queda automáticamente desconectado de la red de alimentación.
Enjaule o bobinado de jaula de ardilla Se compone de una serie de barras de cobre de gran sección, que van alojadas dentro de las ranuras del paquete de chapas rotorico; dichas barras están soldadas por ambos extremos a gruesos aros de cobre, que las cierran en cortocircuito. La mayoría de los motores de fase partida llevan, sin embargo, un arrollamiento rotórico con barras y aros de aluminio, fundido de una sola pieza. Bobinado del estator 1. Bobinado de trabajo o principal - a base de conductor de cobre grueso aislado, dispuesto generalmente en el fondo de las ranuras estatoricas 2. Bobinado de arranque o auxiliar - a base de conductor de cobre fino aislado, situado normalmente encima del arrollamiento de trabajo. Ambos arrollamientos están unidos en paralelo.
3. EQUIPO/HERRAMIENTA PARA EFECTUAR LA PRÁCTICA (Los materiales y equipo utilizados para el desarrollo de la práctica, anexar los utilizados y si existe algún comentario sobre su manejo y el estado en que se encuentran).
Cantida d 1
Nombre
Especificación
Sistema educativo de motores
Lab-Volt
4. MATERIAL PARA DESARROLLAR LA PRÁCTICA. Cantidad Nombre 1 Módulo de fuente de energía 0-120V c-d 1 Modulo motor de fase hendida con arranque por capacitor 1 Cables de conexión 1 Módulo de medición de c-d (20V, 2.5 Amper) 1 Multímetro analógico
Especificación EMS 8821 EMS 8251 EMS 8941 EMS 8412 BK PRECISION 316
5. DESCRIPCIÓN O DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. (Descripción paso a paso de la forma en que se realiza la práctica, utilizar si es necesario diagramas).
Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! ¡Al término de sus conexiones solicite la revisión del circuito por parte de su docente! ¡En el desarrollo de la técnica debe asignar una persona que esté cerca y al pendiente de cualquier contingencia para desconectar el circuito en caso de desprendimiento de cables o mala operación de los componentes!
1. Examine la estructura del módulo EMS 8251 del motor de fase hendida por arranque por capacitor, fijándose especialmente en el motor, el interruptor centrifugo las terminales de conexión y el alambrado. El capacitor que va montado en la parte posterior de modulo se usa solamente cuando aquel se conecta como motor de arranque por capacitor. 2.Si observa el motor desde la parte delantera del módulo: a) El devanado principal del estator se compone de muchas vueltas de alambre de diámetro grande. Identifique el devanado principal. b) El devanado auxiliar del estator, arrollado dentro del devanado principal del mismo, se compone de un número menor de vueltas de alambre de menor diámetro. Identifique el devanado auxiliar. c) ¿Van montados exactamente en la misma forma del devanado principal y del auxiliar que está adentro de aquel? no ¿se encuentran desplazados entre sí? Si ¿Por qué? Si se encuentran desplazados por que no podrían funcionar cada uno por si solos.
d) ¿Cuántos polos principales tiene el estator? Cuenta con 4 polos principales. e) ¿cuántos polos auxiliares hay? Cuenta con 4 polos auxiliares. f) Se trata de un motor de: 8 polos. g) h) i) j) k) l)
Observe que hay varias ranuras distribuidas en cada polo. Estudie la estructura del rotor. Observe el anillo de aluminio en el extremo del rotor. Observe que el abanico esta fundido como parte del anillo anterior. Observe en entre hierro que hay entre el rotor y el estator. Calcule la longitud del entre hierro en milésimos de pulgada. 0.236 milésimas de pulgada.
3.Si el motor se ve desde la parte posterior del módulo. a) Identifique el mecanismo del interruptor centrífugo que va montado del eje. b) Tire hacia fuera de los pesos centrífugos y observa la acción del manguillo aislado. c) Observe que los contactos eléctricos estacionarios se abren cuando los pesos se separan.
d) Si los resortes del interruptor centrífugo fuera más rígidos ¿se abrirían los contactos eléctricos a una velocidad del eje mayor o menor? Los contactos eléctricos se abrirían a una velocidad del eje mayor. 4. Si el modulo se ve desde la cara frontal. a) El devanado principal (que se compone de muchas vueltas de alambres gruesas) se conecta a las terminales Terminal 1 y 2. b) El devanado auxiliar (que tiene menos vueltas y está hecho de alambre más fino) va conectado a las terminales Terminal 3 y 4. c) Los contactos del interruptor centrífugo se conectan a las terminales Terminal 6 y 7. d) El capacitor (que no forma parte del alambrado del motor de fase hendida) se conecta a las terminales. Terminal 5 y 3. e) Observe que la corriente nominal del devanado principal es 5 amperes, en tanto que la del devanado auxiliar está marcada como intermitente. Nota: El interruptor del circuito que protege al devanado auxiliar se dispara si el devanado auxiliar se deja conectado a la línea de entrada 120V durante más de unos cuantos segundos. Advertencia: El interruptor centrífugo siempre debe conectarse en serie con el devanado auxiliar la línea de entrada, a menos que se indique otro proceso. 5. Mida con el ohmímetro, y anote la resistencia de: Devanado principal =
4.0 Ω
Devanado auxiliar = 7.0 Ω 6. Conecte el circuito de la figura 1. Utilizando los módulos EMS de fuente de alimentación medición de C.D. y motores de fase hendida.
Figura 1 7. Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 5 v c-d, tomando esta lectura en el voltímetro conectado al devanado principal (terminales 1 y 2). I devanado principal =
1.386 Amp.
R devanado principal = E / I
3.5 Ω
8. Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Conecte el circuito ilustrado en la figura 2.
Figura 2 9. Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 5 v según lo indique el voltímetro conectado al devanado auxiliar. I devanado auxiliar=
0.35 Amp.
R devanado auxiliar=
7.1 Ω
10. a) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. b) Compare los resultados del procedimiento 5 con los de los procedimientos 7 y 9. La corriente en el primer procedimiento es más alta que la resistencia mientras y En el segundo procedimiento es lo contrario al primero siendo la corriente mas
Baja y la resistencia más alta. c) Observe que aunque el devanado principal tiene muchas más vueltas de alambre que el auxiliar, su resistencia es menor. Explique el porqué.
Por qué en el devanado pasa mayor corriente que en el devanado auxiliar.
6. CUESTIONARIO (Las preguntas pondrán a prueba los conocimientos prácticos adquiridos, interpretar los resultados, estimularlos a realizar inferencias o deducciones)
1. Si un motor de fase hendida tiene dos polos en el devanado principal, ¿Cuánto polos se requieren en el devanado auxiliar? Se requieren 2 polos.
2. ¿Cuantos polos hay, respectivamente, en el devanado de operación y el de arranque, de un motor de fase hendida de 8 polos? En este caso habría 4 polos de operación y 4 polos de arranque.
3. ¿Por qué es necesario un devanado auxiliar? Es necesario para el arranque del motor.
4. ¿Por qué debe diferir el devanado auxiliar del principal en un motor de fase hendida? Para que el rotor pueda arrancar y para diferenciar el tiempo de operación de cada uno. 5. ¿Qué sucedería si los devanados de arranque y operación fueran idénticos? El motor no podría arrancar quedaría en un estado estático emitiendo un zumbido.
7. CONCLUSIONES El motor de fase hendida es uno de los distintos sistemas ideados para el arranque de los motores asíncronos monofásicos. Se basa en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofásico por un motor bifásico (que puede arrancar sólo). El motor dispone de dos devanados, el principal y el auxiliar; además, lleva incorporado un interruptor centrífugo cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor. Los motores de fase hendida por lo general constan de una carcasa, un estator formado por laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio embebidas en el rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos extremos, denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama así, porque se asemeja a una jaula de ardilla. Fueron de los primeros motores monofásicos usados en la industria, y aún permanece su aplicación en forma popular. Estos motores se usan en: máquinas herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran variedad de aplicaciones; la mayoría de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W). Como se puede observar en el circuito, en la parte del motor tenemos los dos devanados, el principal y el auxiliar; además, lleva incorporado un interruptor centrífugo (Ic) cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor. Dicho interruptor lo llevan de serie estos motores, para poder efectuar este tipo de arranque. ¿Cuándo actúa el interruptor? Pues actúa cuando el motor ha conseguido adquirir la velocidad nominal, este dato lo tiene que indicar el fabricante en la placa de características. Existe un desfase entre los dos devanados, el principal y el auxiliar, esto es así, porque existe una diferencia de impedancias entre ambos devanados. KARLA PALMIRA LUIS DE JESUS. 8. BIBLIOGRAFÍA (WIKIPEDIA, 2016) (CARLOS, 2010)
