INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES ELÉCTRICOS 1. OBJETIVOS En el presente capítulo pretendemos dar unas pautas generales que permitan un conocimiento inicial de los tipos de motores más comúnmente utilizados en la industria, así como de las particularidades de cada uno ellos. En especial, centramos nuestro estudio en el funci funciona onamie miento nto,, conexi conexionad onadoo y avería averíass de los motores motores asíncr asíncrono onoss trifás trifásico icoss por representar éstos el porcentaje más elevado de utilización en la actualidad. 2. CLASIFICACIÓN GENERALES
DE
MOTORES
ELÉC LÉCTRICOS
Y
CARACTE CTERÍSTICAS
Ate Atend ndie ienndo a crite riteri rios os de alim alimen enta taci ción ón de corr corriiente ente y a sus car caracte acterí ríst stic icas as constr constructi uctiva vass y de funcio funcionam namien iento, to, establ establece ecemos mos la siguie siguiente nte clasif clasifica icación ción de motores motores eléctricos:
CORRIENTE CONTINUA
(según el devanado excitador empleado)
Motor shunt o derivación Motor serie Motor mixto Motor de polos salientes
MOTORES
MOTORES SÍNCRONOS
ELÉCTRICOS
(según el tipo de devanado secundario y el procedimiento de arranque empleado)
Motor autosincrónico
MOTORES ASÍNCRONOS
Motor de jaula de ardilla o rotor en cortocircuito
(según sus características constructivas y de funcionamiento)
Motor de anillos rozantes o rotos
CORRIENTE ALTERNA
Motor de inducción sincronizado
Los motores asíncronos trifásicos se han convertido en el tipo más utilizado en la industria, debido a que la mayoría de los sistemas actuales de distribución de energía eléctrica suministran corriente alterna trifásica. Comparado con el de corriente continua, el motor asíncrono tiene la ventaja de su simplicidad, que se traduce en bajo costo y máxima eficacia con un mínimo mantenimiento. El rendimiento es alto para media y máxima carga y puede asegurarse un buen factor de potencia si la elección es la correcta. El motor de jaula de ardilla es ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales a velocidad constante. Es el motor eléctrico más sencillo, siendo particularmente adecuado para trabajar a altas velocidades y en condiciones severas. Los motores de jaula de ardilla resuelven el 80%de los casos, mientras que los motores de anillos rozantes se emplean cuando las condiciones de arranque son más difíciles, existe limitación de corriente de arranque o se requiere una velocidad menor en el arranque o en régimen normal de funcionamiento. Los motores síncronos presentan una característica importante, que pueden trabajar con factor de potencia igual a la unidad e incluso capacitivo. Esta característica permite en muchos casos la mejora del factor de potencia de la instalación si en ella hay motores asíncronos. La desventaja mayor de estos motores, en su forma original, era la necesidad de un pequeño motor auxiliar para el arranque. En la actualidad existe una gama de motores síncronos de gran potencia que, en muchas aplicaciones que requieren velocidad constante, constituyen un medio de suministro de potencia y a la vez que de corrección del factor de potencia. Para aplicaciones especiales en que se requiera una gran flexibilidad en el control de velocidad, existe una tendencia creciente a emplear motores de corriente continua, a pesar de su mayor precio y de la mayor complejidad de los dispositivos de control. El motor de continua suele ser la mejor solución en los casos que se requiera una gran variación de velocidad. De acuerdo con lo expuesto en este apartado, nuestro estudio se va a centrar en los motores asíncronos ya que, como hemos indicado, constituyen la mayor parte de los motores utilizados en la actualidad en la industria. 3. REPRESENTACIÓN DE CONEXIONADO Los devanados del estator de los motores asíncronos trifásicos pueden conectarse de dos formas distintas, en estrella o en triángulo. En la mayor parte de los motores de este tipo, y sobre todo a partir de potencias medianas, los terminales de sus devanados son accesibles en la placa de bornas del motor. Esto nos permite elegir en cada caso, la forma de conexión más adecuada dependiendo de las características externas a las cuales vaya a ser acoplado eléctricamente. En las figuras se puede apreciar la conexión de los terminales de las bobinas y la forma de conexionado de la estrella y el triángulo sobre la placa de bornas de un motor. Los motores que permiten la conexión en estrella o en triángulo, presentan en su placa de características las especificaciones eléctricas de su régimen de funcionamiento y tensiones de alimentación admisibles para cada una de las formas de conexión.
La tensión menor corresponde al triángulo y la tensión mayor a la estrella. En el triángulo la tensión entre fases cae directamente sobre cada una de las bobinas del estator, mientras que en la conexión en estrella sus devanados están alimentados con una tensión igual a la tensión de la red dividida por 3 Por ejemplo, para red de 380 V, es preciso un motor de 380/660 V. Este motor permite la conexión en triángulo hasta 380 V y la conexión en estrella hasta 660 V, ya que la tensión máxima que pueden mantener cada una de las bobinas entre sus bornas es de 380 V. 3.1. Conexión Dahlander La conexión Dahlander es una conexión especial que permite, con un solo bobinado por cada fase, que un mismo motor pueda presentar dos velocidades distintas de giro. Estos motores también se denominan motores de polos conmutables. En estos motores, las bobinas del estator presentan una toma intermedia accesible en la placa de bornas del motor. De este modo, dependiendo de la conexión realizada, podemos obtener dos estructuras diferentes, en las cuales el número de polos del motor es el doble en una que en la otra. Si el número de polos es doble, la velocidad se reduce a la mitad. La intensidad es mayor en un 15% aproximadamente para la conexión de alta (doble) velocidad de giro con respecto a la conexión de baja (mitad) velocidad de giro. Por ejemplo, en un mismo motor: Baja velocidad de giro: 1.500 rpm, p = 2,5 CV, In 1 = 8A Alta velocidad de giro: 3.000 rpm, p = 1,6 CV, In 1 = 9,6A
Siendo: rpm = revoluciones por minuto. p = número de polos. CV = potencia en caballos de vapor. In1 = Intensidad nominal.
4. FUNCIONAMIENTO GENERAL DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS 4.1. Arranque de motores En la puesta en tensión de los motores asíncronos, sobre todo los motores de jaula de ardilla, si ésta se realiza en un sólo tiempo (arranque directo), la punta de intensidad es muy elevada, del orden de 4 a 8 veces la intensidad nominal en los casos más desfavorables. El par en el momento de la puesta en tensión también es elevado, con lo cual, éste procedimiento no es el adecuado si se necesita un arranque lento y progresivo. En aquellos motores en los que sus características constructivas no permiten este arranque directo, es necesario recurrir a un dispositivo que permita alimentar inicialmente el estator del motor con tensión reducida. Las soluciones utilizadas con mayor frecuencia son: el arranque estrella-triángulo, el arranque estatórico por resistencias y el arranque con autotransformador. Cada una de estas soluciones tienen sus ventajas e inconvenientes. El sistema utilizado más frecuentemente es el arranque estrella-triángulo, cuyo análisis desarrollaremos con detalle en los temas posteriores. 4.2. Sentido de giro Cuando un motor trifásico ha de ser instalado o desmontado para efectuar una revisión pueden invertirse las conexiones de las fases. En estas condiciones cambia el sentido de giro del motor.
Al intercambiar las fases estamos alterando el desfase que existía entre la señal que alimentaba el motor a través de dos de sus cables, con lo cual estamos modificando el sentido de giro del campo magnético, y por tanto el sentido de giro del motor. Para evitar estos problemas es habitual el uso de conductores revestidos con colores característicos por cada una de las fases. También existen en el mercado unos aparatos especiales que permiten comparar los desfases entre dos conductores y que nos aseguran con toda fiabilidad el correcto montaje y sentido de giro de los receptores a los que se alimente. 4.3. Falta de fase La experiencia a demostrado que, cuando se quema un motor polifásico, la mayoría de las veces se debe a un fallo de una de las fases. Esto puede ser debido a la apertura de una de las fases de la línea cuando el motor está en funcionamiento, al salto de un fusible, a una avería en los cables de conexión o en los contactos. Cuando ocurre una de estas circunstancias, el motor funciona como si fuera monofásico, lo que se traduce en un aumento de la corriente de línea en dos de las fases para compensar la falta de corriente en la tercera. Si no existen las protecciones adecuadas que corten la alimentación del motor antes de que transcurra un tiempo prudencial, el bobinado del motor acaba quemándose. La utilización de protecciones contra sobrecargas ha traído consigo una considerable reducción de tales averías. Estas protecciones, cuando perciben un aumento de consumo excesivo, desconectan el circuito y evitan su conexión hasta el restablecimiento de la anomalía.
5. TABLA DE AVERÍAS MÁS FRECUENTES Avería
El motor no arranca.
Causa
Dispositivo de sobrecarga (relé) disparado.
Remedio
Esperar a que se enfríe el dispositivo de sobrecarga o relé y volver a probar . a arrancar. Si el motor no arrancase, compruébense las causas indicadas más abajo. Línea desconectada. Conectar la línea al aparato de control y éste al motor. Comprobar que los contactos no estén flojos. Fusibles defectuosos. Comprobar el estado de los fusibles. Tensión demasiado Comprobar si las características del motor baja. corresponden a las de la línea de alimentación. Medir la tensión en los bornes del motor, con la carga conectada, para ver si el diámetro del conductor es el debido. Conexiones del Comprobar las conexiones con el esquema de aparato de control conexiones del aparato. equivocadas. Conexión floja entre Apretar las conexiones. borne y conductor. La máquina Desconectar el motor de la carga. Si el motor impulsada está arranca bien, examinar la máquina impulsada. atascada. Circuito abierto en Localizar los circuitos abiertos. los devanados del rotor o del estator. Cortocircuito en el Localizar la bobina en cortocircuito. devanado del estator. Cojinetes duros. Arreglar la falta o cambiar el cojinete. Grasa demasiado Emplear lubricante apropiado para las condiciones dura. especiales. Aparato de control Proceder a su reparación o cambiar el aparato. defectuoso. Sobrecarga. Reducir la carga. Motor ruidoso. El motor funciona Parar el motor y probar a arrancar de nuevo. El con una sola fase. arranque no podrá realizarse con una sola fase. Carga eléctrica Comprobar y corregir el desequilibrio. desequilibrada. Bamboleo del eje. Comprobar la alineación y estado de la correa. En los motores con cojinete de pedestal, comprobar el juego de la correa y la alineación axial del rotor.
Avería
Motor ruidoso. Trepidación.
El motor se recalienta o humea.
Causa
Remedio
La máquina impulsada está desequilibrada. Desconéctese el motor de la carga. Si el motor siguiera haciendo ruido, equilibrarlo. Entrehierro desigual. Alinear el rotor o reemplazar los cojinetes. Cojinetes de bolas Comprobar la lubricación. Reemplazar los cojinetes ruidosos. si el ruido es persistente y excesivo. Paquetes de láminas Apretar todos los pernos de sujeción. flojas o rotor flojo en el eje. El rotor roza con el Centrar el rotor y reemplazar los cojinetes, si fuera estator. necesario. Objetos aprisionados Desmontar el motor y limpiarlo. Eliminar cualquier entre el ventilador y suciedad o basura alrededor del motor. el escudo lateral. El motor se ha Apretar los pernos de sujeción. Quizá sea aflojado de la base. necesario alinear el motor. Acoplamiento flojo. Insertar láminas calibradoras en cuatro puntos de la junta de acoplamiento, para comprobar el alineamiento antes de apretar los pernos. Apretar bien los pernos. Sobrecarga. Medir la carga con el amperímetro. Reducir la carga. Desequilibrio Comprobar si existe desequilibrio de la tensión o si eléctrico de la carga. el motor trabaja en una sola fase. Fusible quemado, Ver si existe algún circuito abierto en las líneas o aparato de control circuitos. defectuoso, etc. Ventilación Limpiar los conductos de ventilación y los defectuosa. devanados. Tensión y frecuencia Comprobar los datos de la placa de características inadecuadas. con los de la línea de alimentación. Comprobar también la tensión en los bornes del motor, durante la marcha a plena carga. Motor parado por la Desconectar el motor de la línea de alimentación. máquina impulsada o Comprobar la causa de la parada de la máquina por cojinetes impulsada. demasiado apretados. Devanado del estator Proceder a su reparación. en cortocircuito.
Avería
El motor se recalienta o humea.
Causa
Remedio
Devanado del estator Proceder a su reparación. a tierra. Conexiones flojas en Apretarlas, si fuera posible, o reemplazar el rotor. los devanados del rotor. Empleo del motor Reemplazar el motor por otro apropiado para este para servicio de servicio. rápida inversión de la rotación. Calentamiento Escudos laterales Ver si los escudos ajustan perpendicularmente y excesivo de los flojos o mal están bien apretados. cojinetes. montados. Exceso de tensión de Reducir la tensión de la correa o la presión del correa o empuje engranaje y alinear los ejes. Evitar la transmisión lateral de engranaje. del empuje al cojinete. Eje torcido. Enderezar el eje o enviarlo al taller de reparaciones. Cojinetes de Insuficiente aceite. Añadir aceite. Si el nivel estuviera bajo, vaciarlo, deslizamiento limpiar el depósito de aceite y volver a llenarlo. El aceite contiene Vaciar el aceite, limpiar el depósito y volver a materias extrañas o llenarlo con lubricante industrial recomendado por es de mala calidad. una Casa de confianza. Los anillos de Aceite demasiado espeso. Vaciar el depósito y engrase no giran o volver a llenarlo. El anillo de engrase tiene algún giran lentamente. punto desgastado. Instalar un anillo nuevo. Empuje axial debido Nivelar el motor, reducir el empuje o emplear un a inclinación del motor apropiado para el caso. motor. Motor demasiado Nivelar o reducir la inclinación, y realinear el inclinado. motor, si fuera necesario. Anillos torcidos o Reemplazarlos. deteriorados. Anillo fuera de su Ajustar o colocar el sujetador. ranura. Cojinetes Reemplazar los cojinetes. Alisar el eje. defectuosos o eje áspero. Cojinetes de Grasa excesiva. Quitar el tapón de descarga, con el motor en bolas. marcha. Si el exceso de grasa no saliese, enjuagar con aceite ligero y volver a lubricar. Clase de grasa Añadir grasa apropiada. inadecuada.
Avería
Cojinetes de bolas.
Causa
Grasa insuficiente.
Remedio
Quitar el tapón de descarga y añadir grasa al cojinete.
