INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO DIRECCIÓN GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL DEPARTAMENTO DE CURRÍCULO
MANUAL PARA EL PARTICIPANTE DEVANADO DE MOTORES MONOFÁSICO
ESPECIALIDAD: Electricidad INSTRUCTOR: Roberto José Oviedo Díaz MODO DE FORMACION: Aprendizaje
Marzo, 2009
INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC) DEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM Unidad de Competencia: ü
Devanado de Maquinas Eléctricas
Elementos de Competencias: ü Devanado de Motores Monofásicos
Marzo, 2009
ÍNDICE Introducción .............................................................................................................................. 1 Objetivo General ....................................................................................................................... 1 Objetivos Específicos............................................................................................................... 1 Recomendaciones Generales .................................................................................................. 2 UNIDAD I: INTRODUCCION AL DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS ....................... 3 1 Introducción. .......................................................................................................................... 3 1.1- Motores, asíncronos monofásicos ................................................................................... 3 2.- Concepto .............................................................................................................................. 3 3.- Estructura............................................................................................................................. 3 4.- Funcionamiento del motor Monofasico ............................................................................. 4 5.- Clasificación de motores monofasicos de inducción ....................................................... 6 5.1.- Motores de inducción monofásicos ................................................................................ 6 5.1.1.-Motor monofásico sin devanado auxiliar ...................................................................... 6 5.1.2.-Motor monofásico de fase partida ................................................................................. 6 5. 1 .3.- Motor monofásico de fase partida con condensador de arranque .......................... 6 5.1 4.-Motor monofásico de fase partida con condensador permanente.............................. 9 5.1.5.-Motores monofásicos de fase partida con doble capacitor ....................................... 13 5.1.6.-Motor monofásico de fase partida con Resistencia adicional ................................... 14 5.2.- Motor monofásico de los polos sombreado (de polos hendidos) ............................... 14 5.3. - Motor Universal.............................................................................................................. 15 5.4.- MOTORES MONOFASICOS DE REPULSION ................................................................ 16 5.4.1.-Motor de repulsión propiamente dicho ....................................................................... 17 5.4.2.- Motor de repulsión en arranque e inducción en régimen ......................................... 18 5.4.3.- Motor de inducción, repulsión .................................................................................... 19 EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN ................................................................................... 20 UNIDAD II DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS ....................................................... 21 1.- Cálculo y distribución de motores de fase partida.......................................................... 21 1.1- Ventajas ............................................................................................................................ 21 1a Ventaja:............................................................................................................................... 21 2ª ventaja ................................................................................................................................. 21 3a _Ventaja: ............................................................................................................................. 21 1.2- Tipos bobinados de motores monofásicos ................................................................... 21 2.- Proceso de cálculo de un bobinado separado ................................................................ 22 2.1-Tecnología del proceso de cálculo.................................................................................. 22 2.2- Ejercicios de cálculo y distribución de bobinados monofásicos tipo separados................................................................................................................................ 23 3.- Proceso de cálculo de un bobinado superpuesto........................................................... 26 3.1- Tecnología para proceso de cálculo de un bobinado superpuesto ............................. 26 4.- Calculo de bobinados de motores monofasicos de corriente alterna a partir del hierro ................................................................................................................................. 30 4.1- Tecnología para el procedimiento de cálculo para motores monofásicos de corriente alterna...................................................................................................................... 30 4.2.-Tecnología de Proceso para el cálculo del devanado del estator de un motor monofásico de inducción. ...................................................................................................... 32 5-.- Calculo de condensador de arranque para motores monofasicos ............................... 40 5.1-.- Verificación de condensadores .................................................................................... 40 5.2-Tecnología para el - Cálculo de la capacidad a través de la corriente de arranque .................................................................................................................................. 43 5.3.- Tecnología para el cálculo de la capacidad con cambio de voltaje ............................ 46 6.- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores monofasicos............................................................................................................................ 47
6.1- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores monofasicos............................................................................................................................ 47 7-.- Averías en los motores monofasicos de inducción ....................................................... 49 7.1 Fusibles quemados........................................................................................................... 49 7.2- Cojinetes desgastados .................................................................................................... 50 7.3- Tapas mal montadas ...................................................................................................... 51 7.4- Eje torcido ........................................................................................................................ 51 7.5- Sobrecargas .................................................................................................................... 52 7.6- Interrupción en el bobinado de régimen ........................................................................ 53 7.7- Interrupción en el bobinado de arranque ...................................................................... 53 7.8- Contactos a masa de los bobinados ............................................................................. 55 7.9- Bobinados quemados o en cortocircuito ...................................................................... 56 7.10- Barras de rotor flojas.................................................................................................... 58 7.11- Inversión de polaridad en los bobinados..................................................................... 59 8-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de ...................................... 60 fase partida.............................................................................................................................. 60 8.1 Al cerrar el interruptor, el motor no arranca ............................................................. 60 8.2-Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la normal ............... 61 8.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta excesivamente ................ 62 8.4- Al cerrar el interruptor. el motor marcha con mucho ruido .......................................... 63 9-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de condensador ............... 64 9.1- Al cerrar el interruptor, el motor no arranca ................................................................. 64 9.2- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta excesivamente ................. 65 9.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la normal ............. 66 9.4- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con mucho ruido ......................................... 67 EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN ................................................................................... 69 GLOSARIO............................................................................................................................... 70 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 71
Introducción El manual del participante “Devanado de Motores Monofásicos”, pretende que los(as) participantes adquieran las destrezas y habilidades necesarias para devanar máquinas rotativas o motores monofásicos en la practica ,aplicando procedimientos técnicos. El manual contempla dos unidades modulares, presentadas en orden lógico lo que significa que inicia con los elementos más sencillos hasta llegar a los más complejos. El manual del participante está basado en sus módulos y normas técnicas respectivas y corresponde a la unidad de competencia “Devanador de Maquinas Eléctricas” de la especialidad de técnico en electricidad y se abordará en un total de 320 horas. Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto evaluación para alcanzar el dominio de la competencia: Devanador de motores monofàsicos. Para lograr los objetivos planteados, es necesario que los(as) y las participantes tengan en cuenta los tipos de devanado que se efectúan en un motor monofásico y las diferentes operaciones de trabajo que se realizan para lograr la objetividad de acuerdo a las normas técnicas y de seguridad establecidas. Objetivo General Realizar devanado de motores monofásicos de uso industrial de acuerdo a sus aplicaciones técnicas Objetivos Específicos Explicar correctamente principio de funcionamiento del motor monofásico a partir de aplicación de los fenómenos electromagnético. Enumerar correctamente partes en que está compuesto un motor monofásico de acuerdo a su estructura y funcionamiento. Calcular correctamente devanado de un motor monofásico, aplicando métodos normalizados. Devanar correctamente bobinados de motores Monofásicos, aplicando normas y procesos estandarizados.
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Recomendaciones Generales Para iniciar el estudio del manual, debe estar claro que siempre tu dedicación y esfuerzo te permitirá adquirir la unidad de competencia a la cual responde el Módulo Formativo de devanado de motores monofásicos. ü
Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual, debe estar claro que tu dedicación y esfuerzo te permitirá adquirir la competencia a la cual responde el módulo formativo.
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Al comenzar un tema, debes leer detenidamente los objetivos y recomendaciones generales.
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Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente, para la realización objetiva de los ejercicios de auto evaluación.
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Consulte siempre al instructor, cuando necesite alguna aclaración.
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Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos que estén a su alcance.
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A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando sus inquietudes o dudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante las sesiones de clase.
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Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación.
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UNIDAD I: INTRODUCCION AL DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS 1 Introducción. 1.1- Motores, asíncronos monofásicos Las máquinas eléctricas se dividen en: máquinas estáticas, transformadores monofásicos y trifásicos, máquinas giratorias, motores monofásicos y motores trifásicos y máquinas convertidoras rotativas. Las características particulares de los motores monofásicos, sobre todo su baja eficiencia y bajo factor de potencia, limitan su aplicación a los casos en que la potencia requerida es relativamente baja, es decir, desde milésimas de caballo (Hp) hasta 3/4 de Hp en el caso general. Por supuesto, en casos especiales en que no se cuenta con alimentación trifásico pueden utilizarse hasta motores de 7.5 Hp aproximadamente. La operación de un motor monofásico puede visualizarse más claramente si se considera la siguiente prueba, supóngase que durante la operación de un motor trifásico se interrumpe la alimentación por una de las fases. Si la carga del motor no es excesiva este continuará trabajando aunque con una velocidad ligeramente más baja y tomando mayor corriente de la línea, esto equivale a decir que la máquina quedará trabajando como motor monofásico y desarrolla un par de rotación mientras esté en movimiento Si por alguna causa se detuviera la marcha del motor y se tratara de volver a ponerlo en movimiento con una fase interrumpida se vería que el motor no es capaz de arrancar. De aquí puede concluirse que: - Un motor monofásico solo desarrolla “par” cuando está en movimiento. - Un motor monofásico carece de par de arranque, y por tanto, requiere un medio auxiliar para ponerlo en movimiento. 2.- Concepto Motor de inducción o asíncronos monofásico Son todos aquellos motores monofásicos que poseen un rotor del tipo jaula de ardilla (o rotor con espiras en corto circuito). 3.- Estructura Generalmente para los motores asíncronos monofásicos se emplea el paquete de chapa del estator y el rotor en cortocircuito de los motores asíncronos, trifásicos. Sin embargo, se instala en el paquete del estator un devanado principal de 2/3 del volumen del espacio del carrete (camuto) y un devanado auxiliar desplazado en el tercio restante, uniendo teóricamente los devanados U1 - U2 y V1 - V2 Fig. 1a del motor asíncrono trifásico se obtiene el devanado principal del motor asíncrono monofásico y significando el devanado VV1 – VV2 el devanado auxiliar desplazado a 90 grados Fig. 1b. Las nuevas caracterizaciones de conexión para el motor asíncrono monofásico son, devanado principal U1 - U2 devanado auxiliar Z1 –Z2
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El devanado auxiliar se requiere solamente para el arranque, el desfazamiento necesario entre las corriente del devanado principal y auxiliar ha de ser en lo posible de 90º lo que se logra conectando en serie el devanado auxiliar con una resistencia homica o con una capacidad (condensador). Después del arranque, se desconecta el devanado auxiliar por medio de un interruptor manual, un interruptor regulado por el número de revoluciones o por medio de un relé eléctrico. Los motores sin devanado auxiliar se ponen en marcha con la ayuda exterior.
Los motores de inducción monofásica son aquellos motores que están formados por un devanado auxiliar desplazado en su eje magnético y conectado en paralelo con el devanado principal Fig. 2. 4.- Funcionamiento del motor Monofasico Los campos alternos de dos bobinas desplazadas a 90º una de otras darán lugar a un campo magnético giratorio cuando el desfase entre las dos corrientes que circulan por ellas sea aproximadamente 90º El sentido de giro del campo depende de los sentidos de las corrientes que circulan por las bobinas. Es posible obtener campos giratorios de varios polos con una corriente alterna monofásica
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Para lograr la diferencia de fase entre los dos bobinado que están conectados en paralelos, este se diseña de tal manera que ambos devanados tendrán su resistencia ohmica y su reactancia diferente, tanto como sea posible. La resistencia de un devanado es directamente proporcional al número de espiras y que en cambio, su resistencia varía con el cuadrado de muchos números tomando en cuenta esto se tendrá una idea más clara de lo que se puede hacer. Si el número de espiras en el devanado auxiliar se reduce, su reactancia, se hace menor que la del devanado de trabajo y si se utiliza un conductor más delgado se incrementa la resistencia de dicho devanado, con lo cual la corriente en las dos ramas, se desfasa en un ángulo suficiente para obtener el “par de arranque” necesario. De hecho el “par de arranque” es proporcional al producto de la corriente de cada rama por el seno del ángulo que forma los vectores correspondientes a las dos corrientes y por la resistencia aparente del rotor, esto se expresa matemáticamente por la siguiente ecuación:
A continuación representamos las corrientes entre ambos devanados a través del diagrama vectorial Fig. 3.
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Dichas corrientes se pueden representar en un diagrama descompuesto. Fig. 3.1
5.- Clasificación de motores monofasicos de inducción 5.1.- Motores de inducción monofásicos 5.1.1.-Motor monofásico sin devanado auxiliar. (propiamente dicho) 5.1.2.-Motor monofásico de fase partida. (fase dividida) 5 1 3.-Motor monofásico de fase partida con condensador de arranque. 5 1.4.-Motor monofásico de fase partida con condensador permanente. 5.1.5.-Motor monofásico con condensador de arranque y permanente (motores de doble capacitor). 5.1.6.-Motor monofásico de fase partida con resistencia adicional. 5.2.- Motor monofásico de polos sombreado (motor de polos hendidos) 5.3.- Motor universal 5.4.- Motores monofásicos de repulsión 5.4.1 Motor de repulsión 5.4.2.- Motor de repulsión en el arranque y de inducción en el régimen. 5.4 3.-Motor de inducción repulsión. 5.1.1.-Motor monofásico sin devanado auxiliar El motor monofásico sin devanado auxiliar posee un único devanado monofásico. Cuando se le conecta a una tensión alterna aparece un campo magnético alterno, que puede descomponerse en los campos giratorios que giran en sentidos opuestos, sobre el rotor. Cuando el rotor está en reposo los dos pares se compensaran mutuamente anulándose el efecto total ya que son iguales y de sentidos contrarios. Cuando externamente se impulse el rotor en un sentido cualquiera predominará uno de los dos pares y el rotor continuara girando en el sentido correspondiente. 5.1.2.-Motor monofásico de fase partida Se diferencian de los motores trifásicos con rotor en jaula de ardilla en que sus devanados estatóricos son diferentes. En los motores monofásicos con devanado auxiliar se componen de dos devanados desplazados a 90º uno del otro, el devanado principal y el auxiliar. Estos se diferencian según el método de obtención del desfase entre las dos corrientes del devanado. 5. 1 .3.- Motor monofásico de fase partida con condensador de arranque Sea visto que en caso del motor de fase partida, el diseñador dispone realmente de un escaso margen en cuanto al ángulo de diferencia de fase, que pueden obtenerse mediante las corrientes del devanado de trabajo y el auxiliar. En cambio, si se coloca un capacitor en serie con este último devanado, es
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posible incrementar dicho ángulo hasta casi 90°. Si se recuerda que el par de arranque es proporcional al seno del ángulo comprendido entre las dos corrientes y que el seno es de 30º (que es el valor angular máximo que puede obtenerse) es de 0.5 y el seno de 90° es igual a 1, resulta claro que solo por este concepto el par de arranque sería por lo menos del doble en un motor con un capacitor de arranque. Si examinamos el diagrama vectorial de las corrientes de dicho motor puede observarse que la corriente de línea será mucho menor para el caso de la máquina con capacitor de arranque de lo que sería en el motor de fase partida, debido precisamente a que el ángulo de fase ( ) es mucho mayor. Esto significa que para un mismo valor de línea, las corrientes del devanado auxiliar y del devanado de trabajo pueden ser mayores, con lo cual se incrementa con mayor magnitud, la magnitud del par de arranque. Por tanto puede decirse que el motor con capacitor de arranque tiene el más alto par de todos los tipos de motores monofásicos. Naturalmente que el incremento en el par se obtiene a expensas de un costo extra, ya que por lo general el capacitor de arranque debe tener una capacidad bastante elevada (es frecuente encontrar valores de 400 uf o más) el cual requiere un aislamiento adecuado para el voltaje que va estar sujeto, y que es mayor al de la línea de alimentación por ello su costo resulta considerable. El tipo del capacitor normalmente empleado es el electrolítico principal y especial para corriente alterna (reversible). En aplicaciones como el impulso de compresores en sistemas de aire acondicionado que trabajan con alta contrapresión, el motor con capacitor de arranque, es la solución inmediata. fig. 4 El costo de un motor con condensador de arranque es un 40 a 50% más alto que el de fase partida lo cual confirma que aquel capacitor solo debe utilizarse cuando su elevado par de arranque es necesario en la práctica. Diagrama vectorial de las corrientes de un capacitor con par de arranque.
Medios utilizados para la desconexión del devanado auxiliar en motores monofásicos de fase partida con capacitor de arranque. Interruptor centrifugo Es uno de los tipos más utilizados para realizar la desconexión. Consiste en dos partes básicas, una estacionaria y una rotatoria, la parte estacionaria incluye los contactos de conexión y desconexión, la parte rotatoria está montada en el rotor y hace operar los contactos al desplazarse axialmente debido a la fuerza centrifuga ejercida por contrapesos montados cerca de su periferia. Fig. 5 De esta forma cuando el rotor ha alcanzado por ejemplo el 80% de su velocidad nominal los contrapesos se desplazan radialmente venciendo la
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oposición de grandes resortes modificando la forma del disco en el que están formado y haciendo que una pieza aislante (que ejerce presión para mantener serrado los contactos) se deslicé axialmente. Esta última acción permite que los contactos se habrán, este sistema es económico y confiable permite que el motor sea una sola unidad, con dos terminales para su conexión a la red de alimentación y no depende de la posición del motor para su funcionamiento.
Relevador del tipo de corriente Existen ciertas aplicaciones ejemplo en compresores herméticos para refrigeración, en las que no seria factibles tener un interruptor dentro deLmotor-compresor. En este caso se extraen las tres terminales del motor y se instala un relevador (rele), electromagnético externo para desconectar el bobinado de arranque. La Fig. 6 nos muestra el relevador accionado por corriente.
Funcionamiento del relevador del tipo de corriente Se tiene una bobina de control B en serie con el devanado de trabajo que acciona un juego de contactos (cc) normalmente abiertos intercalados en el circuito del devanado auxiliar cuando se aplica el voltaje de línea al devanado de trabajo, la corriente de arranque que toma es elevada y el campo magnético que se genera en la bobina B es lo bastante intenso para atraer el núcleo “n” hacia arriba y cerrar los contactos cc alimentando así al devanado auxiliar.
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Una vez que el motor se ha puesto en marcha, la corriente que toma & devanado de trabajo será apenas 1/5 o 1/6 de la inicial y por lo tanto la fuerza que ejerce la bobina B sobre el núcleo ‘n” ya no es capaz de retenerlo levantado en la parte superior de modo que los contactos se abren al bajar el núcleo. Generalmente la bobina B actúa contra la gravedad, por lo que el relevador debe instalarse en posición vertical aunque hay algunos diseños de rele que mediante un resorte pueden operar en cualquier posición. Interruptor de arranque de estado sólido En años resientes se han desarrollado interruptores de tipo electrónico para el arranque de motores monofásicos. El tipo más común consiste en un dispositivo tipo TRIAC con un circuito de control que permite discriminar entre las condiciones de arranque y marcha, como se representa esquemáticamente en la Fig. 7.
Para evitar la posibilidad de resonancia debido a la carga inductiva que representa el devanado auxiliar la capacidad del TRIAC se puentea con un resistor de resistencia no lineal. Este tipo de interruptor tiene la ventaja de que la adición de un segundo TRIAC permite invertir el sentido de rotación del motor sin detener su marcha. 5.1 4.-Motor monofásico de fase partida con condensador permanente Fig. 8
La principal ventaja de este tipo de motor consiste en que no requiere un interruptor extra para cortar el devanado auxiliar ya que tanto este como el
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capacitor permanente (cp) que esta en serie con el, permanecen en el circuito. Otra ventaja es que con el se obtiene mejor factor potencial y por consiguiente una reducción en la corriente de línea fig. 8. Sin embargo como el condensador permanece conectado al circuito en todo momento, ya no puede ser de tipo electrolítico, sino que debe emplearse un capacitor impregnado de aceite, cuyo costo y volumen por uf (microfaradio) su capacidad son bastante más elevados. Por otra parte una vez que el motor arranca, la capacidad requerida en el circuito auxiliar es mucho menor. Por las razones expuestas la capacitancia en uf para un motor de este tipo es mucho menor que en uno con capacitor de arranque (5 a 20 uf) en un intervalo representativo, lo cual da una indicación que el par de arranque que puede esperarse no es muy grande. El bajo par inicial inherente a este tipo de motor limita por tanto su uso a aplicaciones como, ventiladores de aspas, o de tipo turbina, cuyos requisitos de par en el arranque son relativamente bajos. En los motores con capacitor permanente, los dos devanados pueden ser iguales, con lo cual el motor puede hacerse girar en uno u otro sentido con un sencillo cambio de conexiones como se muestra en las Fig. 9.a b Otra ventaja del motor con capacitor permanente es que permite cierto control de la velocidad mediante una variación del voltaje aplicado a sus terminales. Este tipo de control es útil en ventiladores en los que el volumen de aire manejado se puede variar de manera muy simple, esta variación de velocidad obedece al hecho de que al ajustar el voltaje aplicado al motor se modifica la intensidad del campo magnético y el par motor. Para realizar la inversión de giro de estos motores se pueden realizar las siguientes conexiones.
Motor monofásico de fase partida con condensador permanente de 2 o más velocidades La velocidad del ventilador puede variarse con un intervalo muy amplio. Una forma muy simple de lograrla consiste en disponer derivaciones en el devanado de trabajo del motor, con lo cual podrán obtenerse diferentes curvas de par velocidad sin modificar el voltaje de alimentación según la fig. 10.
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Identificación de velocidades por medio del código de colores: Existen dos tipos de código, los más usados y comunes es el Americano y el Japonés. Código Americano: Algunos motores ventiladores traen 5 Fig. 11 o 6 Fig12 terminales.
Código con 6 terminales Punto común — Blanco Derivación del común — café-blanco Negro — Primera velocidad Azul — Segunda velocidad Rojo - Tercera velocidad Café — Arranque
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Código Japonés Fig. 13 Azul-común Amarillo- velocidad alta Café- Velocidad media Naranja –Velocidad baja Rojo – Arranque Normalmente traen 5 líneas
En este tipo de motor el condensador va conectado entre el azul y rojo llegando la línea de alimentación en la línea azul.
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Un inconveniente de este tipo de control de velocidad es el hecho de que la velocidad obtenida depende de la carga, es decir si el motor opera en vacío, la variación de velocidad obtenida por este método será prácticamente nula, mientras que con una carga considerable la variación de velocidad podría resultar excesiva. 5.1.5.-Motores monofásicos de fase partida con doble capacitor La corriente de arranque que toma un motor con capacitor permanente es muy baja, por lo que no afecta a las demás cargas conectadas al mismo circuito. En contraste con lo que ocurre en el caso de los motores de fase partida con capacitor de arranque, que produce una caída de voltaje considerable esto puede ocasionar un parpadeo molesto a las lámparas conectadas en el circuito y afectar a otras cargas alimentadas por el mismo circuito. Parámetros que se utilizan para la comparación entre motores de la misma potencia de igual número de polos con una frecuencia de 60 Hertz son: .. ..- . - Par de arranque - Par máximo - Corriente de arranque - Velocidad a plena carga De lo cual podemos obtener la siguiente tabla de comparación con las características de los motores monofasicos
En esta tabla se confirma que el motor con capacitor de arranque tiene el mayor par de las tres máquinas mientras que el motor con capacitor permanente desarrolla el menor par inicial con la corriente de arranque más baja. Por su parte el motor de fase partida, tiene el valor más alto de par máximo y la mayor velocidad nominal. El motor de capacitor permanente tiene en cambio la velocidad nominal más baja lo que indica que este motor presenta un tipo de campo magnético débil. De todo lo anterior podemos realizar una combinación de las características del motor de capacitor permanente con la del motor de capacitor de arranque Fig. 14.
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Utilizando un capacitor electrolítico de capacidad elevada para el arranque, el cual se desconecta del circuito en el momento oportuno. De este modo se deja solo un capacitor de baja capacitancia en serie con el devanado auxiliar.
5.1.6.-Motor monofásico de fase partida con Resistencia adicional Cuando se conecta un resistor ohmico en serie con el devanado auxiliar también aparece un desfase en las corrientes que circulan por el devanado principal y por e! auxiliar este desfase es necesario para crear el campo giratorio. En lugar de emplear una resistencia adicional puede fabricarse el devanado auxiliar total o parcialmente con hilos resistivos, Fig. 15 en este caso también es posible devanar de modo bifilar la parte resistiva del devanado. El devanado auxiliar se desconecta después de la puesta en
5.2.- Motor monofásico de los polos sombreado (de polos hendidos) Se conoce también como motor monofásico con rotor en cortocircuito con devanado auxiliar en corto circuito acoplado inductivamente se emplea en accionamientos pequeños con potencias de hasta aproximadamente 200w con un rendimiento de 10 al 50% debido a la alta seguridad de servicio y bajos costos de fabricación, el motor de polos hendidos se emplea como accionamiento, para ventiladores tangenciales, soplador refrigerador, tocadiscos conmutadores de programas y relojes. Fig. 16 Estructura: El motor de polos hendidos consta al igual que los otros motores asíncronos ya tratados de un rotor en cortocircuito. El estator tiene comúnmente polos pronunciados. En los motores pequeños, el rotor en cortocircuito y el devanado principal están alojados asimétricamente en el paquete de chapas del estator. El polo pronunciado está dividido por la ranura de polo hendido principal y polo hendido. 14
En la ranura del polo hendido va alojada una bobina formada por una sola espera en cortocircuito, cada polo hendido está conectado con el polo principal opuesto por medio de un nervio de dispersión de alta saturación magnética. Funcionamiento: Actuando la tensión de la red y careciendo de corrientes las varillas del rotor, el devanado principal produce un flujo en el polo principal y con grandes pérdidas por dispersión otro flujo en el polo hendido. En el devanado de polo hendido circula, según el principio de los transformadores y debido a la dispersión magnética, una corriente desfasada que también produce un flujo en el polo hendido. Los flujos forman, en el polo hendido un flujo desfasado respecto al polo principal. El campo rotatorio elíptico originado produce una rotación del rotor por el polo principal 1 - polo hendidos 1 - polo principal 2 - polo hendido 2. Número de revoluciones: El número de revoluciones es asíncrono respecto a la frecuencia de la red cuando las varillas del rotor en cortocircuito son de aluminio o de cobre y asíncrono, cuando las varillas sean de materiales magnéticamente duras. Inversión de la dirección de rotación: La inversión solamente es posible cambiando la estructura mecánica del motor por ejemplo cambiando la placa de cojinete y volteando el rotor en 180grados
5.3. - Motor Universal Puede funcionar tanto con corriente alterna como con corriente continua. Su estator se compone de un paquete de chapas con dos polos salientes y de un devanado excitador inductor, éste está conectado en serie y se compone de unas pocas espiras de hilo grueso. El inducido es análogo a las demás máquinas de corriente continua. Los devanados están conectados en serie; el devanado excitador está dividido en dos, uno conectado antes del inducido y otro después. De este modo se consigue que las dos partes del devanado excitador actúen como bobinas reactivas frente a las funciones de alta frecuencia que aparecen al conmutar. Con ello se reduce fuertemente la propagación de las tensiones perturbadoras a la red de alimentación, evitándose así las radios interferencia que se producirían. Las máquinas universales no poseen devanado de polo de conmutación ni devanado de compensación. Para conseguir que el 15
comportamiento de régimen del motor universal sea el mismo para trabajar en C.C. o C.A. se utiliza otra conexión, en la cual el número de espiras del devanado principal para la conexión en corriente continua es mayor que el devanado para conexión en corriente alterna. Este tipo de motores se emplea por ejemplo, para accionar herramientas eléctricas y aparatos electrodomésticos. Representación del motor universal de forma coherente. Fig. 17 a b
Partes del rotor bobinado: Ranura del rotor, bobinado alojado en los terminales de tensión inducida al rotor del rotor, el colector formado de delgas es donde va el rotor, 2 carbones y porta escobillas para alimentar una tensión inducida al motor.
5.4.- MOTORES MONOFASICOS DE REPULSION En este tipo de motor se divide por su sistema de arranque en tres variantes.
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5.4.1.-Motor de repulsión propiamente dicho Este motor consta de un estator cuyo bobinado es semejante al bobinado de régimen de un motor de fase partida y de un rotor cuyo bobinado es semejante al de un inducido de motor de corriente continua, en este tipo de motor las escobillas están en permanente contacto con el colector (Fig. 18). Características de funcionamiento El par de arranque es muy elevado la velocidad varia considerablemente con la carga (a mas carga menos velocidad), existe peligro de embalamiento con cargas muy pequeñas por lo que estos motores deben emplearse con cargas permanentemente acopladas al motor ejemplo trituradoras de café, trituradoras domésticas. La inversión de giro se realiza desplazando las escobillas a uno u otro lado de la línea neutra con lo que el rotor girara en el mismo sentido que el movimiento de las escobillas. En los motores ya construidos existen dispositivos para invertir el sentido de giro sin necesidad de desmontar las tapas, casi todo los motores se construyen para funcionar a 2 tensiones, siendo la construcción más corriente la de 110v. (Fig. 19 a y b). Estos motores se construyen generalmente para 4 polos (algunos para 6 u 8 polos), y potencia comprendido entre 1/8 y 1/2 HP.
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La velocidad podemos variarla de un 30 0 40% máximo, variando la escobillas en la línea neutra hasta alcanzar un ángulo de 90º máximo en donde se pararía el motor. Todo esto por medio del tornillo de regulación 5.4.2.- Motor de repulsión en arranque e inducción en régimen Se le llama también motor de arranque por repulsión, tiene los mismos elementos del motor de repulsión propiamente dicho excepto por un mecanismo centrifugo que levanta las escobillas (Fig. 20). El motor arranca por repulsión y cuando ha llegado a un 75% de su velocidad de régimen, actúa el mecanismo centrífugo, cuya misión es poner las delgas del colector en cortocircuito, quedando así el motor conectado en jaula de ardilla, funcionando el motor como que se tratara de un motor de fase partida. Características: - Tiene elevado par de arranque - A plena marcha actúa como un motor de inducción - La velocidad es casi constante para todas las cargas, o sea parecida a un motor shunt de corriente continua. 18
Estos motores se construyen normalmente para 4 polos y en potencias comprendidas entre 1/8 y 3/4 H.P. se emplean en aplicaciones domésticas, compresoras de aire, bombas de gasolina, quemadores de petróleo y aceite.
5.4.3.- Motor de inducción, repulsión El rotor lleva 2 bobinas; uno de ello como un motor de repulsión provisto de colector y escobillas y otro de jaula de ardilla situado bajo las ranuras donde se sitúa el anterior (Fig. 21). Características: - Tiene un elevado par de arranque, debido a la acción conjunta de los bobinados del rotor. - Su velocidad es absolutamente constante para todas las cargas y además regulable por desplazamiento de las escobillas, aunque el margen de regulación no es tan amplio como en los motores de repulsión. - Su funcionamiento es comparable al motor compound de corriente continua. - Arranca como un motor de repulsión y durante el régimen normal de Funcionamiento, actúan los dos bobinados del rotor por lo que no necesita mecanismo centrífugo para cortocircuitar el bobinado rotorico.
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EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN
I. Responda cada una de las siguientes preguntas. 1. Que son motores asíncronos monofasicos.
2. Explique el funcionamiento del motor monofasico
3. Como se clasifican los motores monofasicos de inducción
4- Explique el funcionamiento de los siguientes motores Monofasico de fase partida con condensador de arranque Monofasico de fase partida con condensador permanente Monofasico de fase partida con doble capacitor Monofasico de fase partida con resistencia adicional
5-. Cual es el funcionamiento del motor universal.
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UNIDAD II DEVANADO DE MOTORES MONOFASICOS 1.- Cálculo y distribución de motores de fase partida En principio, los bobinados de motores monofásicos podrían ser ejecutados en cualquiera de los tipos estudiados para las máquinas de corriente alterna. Sin embargo, en la práctica se construyen siempre del tipo concéntrico” por polos” ya que así resultan las ventajas siguientes: 1.1- Ventajas 1a Ventaja: Son de construcción sencilla y fácilmente adaptable a las exigencias del cálculo. En este tipo de bobinado es necesario repartir el circuito eléctrico estatórico de tal manera que el bobinado principal contenga la mayor parte del mismo, mientras que el bobinado auxiliar quede con una pequeña parte. Esto es lógico si se ha de tener en cuenta la función y tiempo de acción de cada bobinado. 2ª ventaja Se hace factible que los bobinados principal y auxiliar estén constituidos por distintos números de espiras, y que sean diferentes las secciones de sus conductores consiguiéndose así los valores convenientes para la resistencia y reactancias de esos bobinados. 3a _Ventaja: Si consigue un reparto uniforme y regular de las cabezas de las bobinas alrededor de las cabezas frontales de la armadura, detalle importante en los motores monofásicos, en los que siempre resulta escaso el espacio disponible. De acuerdo con el principio del funcionamiento de los motores monofásicos, es necesario que los bobinados principal y auxiliar se encuentren desfasados 90º, siendo necesario determinar sus principios, aplicando la regla siguiente: Se preparará un cuadro con solo dos columnas (una para cada fase o bobinado) y tantas líneas como pares de polos tenga. Sobre dicho cuadro se anotarán primeramente todas las ranuras de la columna de la izquierda que puedan ser principios de la 1a fase o bobinado, para lo cual partiendo del 1 que será colocado en el cuadrito superior izquierdo se va sumando sucesivamente y hacia abajo el valor del paso de ciclo (Y360) expresado por la fórmula Siguientes: Y360 =K/P 1.2- Tipos bobinados de motores monofásicos Estos son de dos tipos a) Bobinado separado b) Bobinado superpuesto: a) Bobinado Separado: En este tipo el bobinado auxiliar ocupa ranuras distintas a las ocupadas en el bobinado principal, es decir que en ninguna ranura se encuentran conductores que pertenezcan a los dos bobinados. b) Bobinado Superpuesto: En este tipo de bobinado algunas bobinas auxiliares van colocadas en ranuras ocupadas parcialmente, por bobinas principales, con lo que se consigue
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además de un mejor reparto de la masa del bobinado, mejores características de funcionamiento del motor. Por estas razones es la clase de bobinado mas usado en la actualidad por las empresas diseñadores de motores monofásicos. 2.- Proceso de cálculo de un bobinado separado 2.1-Tecnología del proceso de cálculo Normalmente, en esta clase de bobinados de motores monofásicos el bobinado principal ocupa dos tercios de las ranuras, dejando el tercio .restante para que sea ocupado por el bobinado auxiliar. Pasos para el cálculo: Primero se calcula el número de bobinas por grupo (u)
Segundo se calcula la amplitud de grupo que es igual al número de ranuras que quedan vacías frente a cada polo (m)
Observaremos que “u’ y “m” son iguales, valor que deberá ser entero para que sea posible la ejecución de este tipo de bobinado. U = m = k/6p Tercero para calcular el bobinado auxiliar se ha de tener en cuenta que este ocupa un tercio de las ranuras, por lo que el número de bobinas por grupo auxiliar será:
Valor que será la mitad de bobinas de los que tiene un grupo del bobinado principal. Cuarto se calcula la amplitud del grupo auxiliar que es igual al número de ranuras ocupadas por el bobinado principal dividido por el número de polos (m a).
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2.2- Ejercicios de cálculo y distribución de bobinados monofásicos tipo separados. Ejemplo. 1: Calcular el bobinado concéntrico monofásico de un motor de cuatro polos con 24 ranuras bobinado separado.
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3.- Proceso de cálculo de un bobinado superpuesto 3.1- Tecnología para proceso de cálculo de un bobinado superpuesto La disposición constructiva adoptada para los bobinados monofásicos superpuestos varía mucho según los fabricantes. En efecto tanto el número de bobinas por grupo (principal o auxiliar) como el reparto de las espiras entre las distintas bobinas suelen ser muy diferentes de uno a otro constructor dependiendo en definitiva del proyecto adoptado. a) Para calcular un bobinado superpuesto se empieza adoptando el número de bobinas por grupo principal U cuyo valor puede ser entero o entero + medio. b) Luego con este valor podremos determinar el número de ranuras ocupadas por el bobinado principal que será igual a:
Pasamos a calcular el auxiliar empezando por adoptar el número de bobinas por grupo, correspondiente a este bobinado. A este fin se ha de tener en cuenta que este valor depende del obtenido para la amplitud del grupo principal. En efecto, si este es par el U aux ha de ser un número entero, mientras que si esa amplitud m resulta impar el número de bobinas por grupo auxiliar U aux ha de ser entero + medio es decir que las dos medias bobinas exteriores de dos grupos consecutivos ocuparán la misma ranura. e) Adoptando el número de bobinas por grupo auxiliar”Ua” un razonamiento análogo al expuesto para calcular la amplitud de grupo principal nos permite determinar la amplitud de grupo auxiliar, qué valdrá:
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f) Luego se determinará la tabla de principios de bobinados calculando Y 360 y Y90 respectivamente. g) Realizar distribución. Ejemplo 3: Calcular el devanado de un motor monofásico tetra polar bobinado tipo superpuesto de 24 ranuras. a) Adoptamos el número de bobinas por grupo principal U el cual será U = 2.5 bobinas. b) Determinamos el número de ranuras ocupadas por el bobinado principal. K, trab = 2p x 2U / K trab = 4 x 2 x 2.5 = 20 ranuras 20 ranuras ocupadas por el devanado de trabajo. c) Luego la amplitud “m”
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Ejemplo 4: Calcular el devanado de un motor monofásico tetrapolar. Bobinado tipo superpuesto de 32 ranuras adoptando tanto para el devanado de trabajo y para el auxiliar U = 3
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4.- Calculo de bobinados de motores monofasicos de corriente alterna a partir del hierro 4.1- Tecnología para el procedimiento de cálculo para motores monofásicos de corriente alterna Es esencialmente el mismo que se emplea para las máquinas eléctricas rotatorias y en particular los motores trifásicos de inducción.
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En los motores monofásicos con devanado de trabajo y auxiliar solo 2/3 de las ranuras son ocupadas por el devanado de trabajo y el resto, por el devanado de arranque. En este caso la potencia de salida de un motor monofásico es solo el 50% de la potencia de un trifásico para un mismo volumen o D2xl es decir del mismo tamaño. Cuando la potencia viene expresada en H.P se puede obtener la potencia de salida de la forma siguiente:
Para fines de cálculo tendremos presente las siguientes tablas y datos:
Tabla # 6. Valores típicos de eficiencia y factor de potencia para motores monofásicos de inducción.
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4.2.-Tecnología de Proceso para el cálculo del devanado del estator de un motor monofásico de inducción. 1) Primeramente se puede decidir que tipo de bobinado monofásico se quiere realizar; ya sea del tipo: * Bobinado separado * Bobinado superpuesto 2) Decidido ya el tipo de bobinado se calcula y se realiza la distribución. 3) Para determinar la potencia entregada por el núcleo se calcula como sigue: De la ecuación
4) Se calcula el número de espiras del devanado de trabajo (No)
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Para un devanado principal calculado y un rotor de características dadas es importante diseñar un buen devanado de arranque, de tal forma que se produzca el par requerido. En los motores de fase partida es común que se use un conductor de sección pequeña, es decir el conductor usado debe tener una sección de aproximadamente el 25 al 50% de la sección usada en el devanado principal. 8) Distribución de las espiras de los bobinados. Ejemplo 5: Se tiene un estator de un motor monofásico de inducción datos K = 36; D 10.5 cm; L = 5.6 cm el cual se desea que trabaje a 127 y 220 v / 60Hz para 4 polos.
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Determine la potencia que puede desarrollar el núcleo y devanados principal y auxiliar 1- Determinamos el tipo de bobinado Asumimos un bobinado tipo superpuesto el cual tiene los siguientes: que trabaje a 127 y 220v / las características de sus placa. 2-. Calculamos y realizamos la distribución para un bobinado tipo superpuesto.
3) Determinamos la potencia entregada por el núcleo definiendo los siguientes factores:
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4) Número de espiras del bobinado de trabajo.
5) Intensidad de corriente del motor
6) Sección del conductor del bobinado de trabajo - Tomando una densidad de 4 A/mm2 calculamos la sección del conductor 2.35ª
Según tabla de conductores magnéticos esta sección de O.5875mm2 corresponde a un calibre AWG 7) Número de espiras del bobinado de un arranque.
Para esto tomamos
7.1) Sección del conductor del bobinado de arranque
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8) Distribución de las espiras
Bobinado de arranque
Ejemplo: 6 Se tiene un motor monofásico el cual posee su núcleo las siguientes dimensiones y datos HP =1.5 RPM= 1725 Di 10.l6cm K:36
a) Calcular la distribución del bobinado. b) Número de espiras del conductor. c) Calibre del conductor 1) Tipo de bobinado seleccionado: Asumimos un bobinado concéntrico superpuesto 2) Cálculo y distribución.
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3) Como conocemos la potencia por placa HP 1.5
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5) Comprobando la intensidad de la placa tenemos:
Los 926 Amp. es aproximadamente igual a los 10 Amp. de la placa del motor para 220v. 6) Calcularnos sección del conductor del bobinado de trabajo tomando una densidad de 6.5 A/mm2.
7) Número de espiras del bobinado de arranque:
8) Distribución e las espiras
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5-.- Calculo de condensador de arranque para motores monofasicos 5.1-.- Verificación de condensadores Los condensadores utilizados en los motores monofásicos para el arranque y en los motores de aparatos electrodomésticos para eliminar el chisporroteo en el colector, están expuestos a las siguientes averías: a) Cortocircuito b) Falta de capacidad c) Contacto a masa d) Circuito abierto o interrupciones. a) Cortocircuito: Para detectar el cortocircuito en un condensador para el arranque de motor monofásico, procédase de la siguiente manera: • Es posible descubrir el cortocircuito por medio de la lámpara de prueba, conectada al condensador en serie a una fuente de corriente continua O. C. de 110 V, si la lámpara enciende el condensador tendrá cortocircuito según la Fig. 28.
•
Otra forma de comprobar si el condensador está en cortocircuito es la siguiente: Se desconecta el condensador del circuito del motor y se conecta a una red de corriente alterna de 127 V, intercalando un fusible de 10 A Fig. 29. Si el fusible se funde es que el condensador está cortocircuitado y debe sustituirse por otro nuevo. Si el fusible no se funde, el condensador quedará cargado en algunos segundos y se desconectará de la red. Finalizado el proceso de carga, no deben tocarse los terminales del condensador, pues puede resultar peligroso descargándolo según Fig. 30.
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b) Falta de capacidad No siempre que un condensador produce chispas al descargarlo, está en buenas condiciones para ser usado en los motores. Puede ser que la capacidad sea baja. Para medir la capacidad de un condensador se requiere de un amperímetro y un voltímetro. Conectamos al amperímetro y el voltímetro en el condensador a una red de 110 V de C A., teniendo el cuidado de no olvidar intercalar un fusible. El condensador debe permanecer conectado a una red, el tiempo mínimo necesario pero suficiente para efectuar las lecturas. Si la corriente tiene una frecuencia de 60 Hz la capacidad dcí condensador se obtiene de la siguiente fórmula.
La capacidad así determinada en la Fig. 30 debe ser aproximadamente igual a la marcada en el condensador. Si el valor obtenido es inferior a un 20% del valor marcado, el condensador tiene insuficiente capacidad y ha de cambiarse por otro nuevo. c) Contacto a masa Se utiliza la lámpara de prueba conectando uno de sus extremos a un Terminal del condensador y el otro a la cubierta de aluminio.
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Si la lámpara enciende existe contacto a masa y por lo tanto se debe reemplazar el condensador por uno nuevo.
d) Circuito abierto o interrupciones: Para verificar un condensador utilizamos un ohmímetro o un megohmetro, desconectando del motor y procediendo a efectuar las mediciones siguientes: * Condensador bueno * Cortocircuito * Circuito abierto Condensador bueno Fig. 33 La- aguja se desplaza desde el cero hacia el infinito. Cuando más lento es su movimiento mayor es la capacidad del condensador. El aislamiento es tanto mejor en cuanto más cerca del infinito se estabilize la aguja.
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Cortocircuito: Cuando la aguja se desplaza desde el infinito hasta el cero, Fig. 34 quedando fija en esa posición se considera que el condensador está en cortocircuito o comúnmente denominado condensador ligado.
Circuito abierto: La aguja marca inmediatamente el infinito, parando el movimiento aguja queda en una posición indiferente, Fig. 35 de la manivela.
5.2-Tecnología para el - Cálculo de la capacidad a través de la corriente de arranque Para determinar la capacidad de un condensador de arranque en un motor monofásico, esta se puede determinar a través de la siguiente fórmula:
Tomando en cuenta que esta fórmula es aplicable tanto a una frecuencia de la red de 50 o 60 Herz (Hz). Tenemos: - Simplificando la fórmula para 60 Hz tendríamos lo siguiente:
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-
Ahora para 50 Hz tendríamos:
Es importante que para aplicar esta fórmula lo que se debe tomar en cuenta es el valor de la intensidad de corriente instantánea que toma el devanado de arranque al iniciar la marcha del motor. La cual normalmente es 1/3 de la corriente de arranque normal, dicha corriente se puede medir realizando un arranque directo del motor, conectando un amperímetro en las líneas correspondientes al devanado de arranque. Donde: MFD = Capacidad del capacitor en microfaradio E = Tensión de la red de volts. ¡= Intensidad de corriente instantánea que toma el devanado de arranque. 10 6 = Un millón, para representar las unidades en micro. 2 pi =2x3.1416=6.28 En el caso de no tener un amperímetro utilizamos la siguiente tabla.
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También podemos seleccionar la capacidad del condensador con la siguiente tabla.
Ejemplo 7: Se tiene un motor monofásico sin placa de característica, al cual se le desea calcular su condensador de arranque. Realizándole un arranque directo a dicho motor, se le toma la medida de la corriente de arranque del bobinado auxiliar de 6 amperes en 115 y. por lo tanto:
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Ejemplo 8: Se tiene un motor monofásico de 11 5V/230V el cual en su placa característica, tiene una potencia de 1 HP con una corriente de 11/5.5A. Calcular su condensador de arranque, según mediciones la intensidad de arranque para el bobinado auxiliar en 115V en 16 Amp. Calculándose su capacidad tendríamos:
5.3.- Tecnología para el cálculo de la capacidad con cambio de voltaje Cuando por razones de funcionamiento de un motor monofásico, se le desea conectar, de una tensión menor a una tensión mayor o viceversa, donde dicho motor ya tiene su condensador de arranque original, la capacidad del nuevo condensador para el cambio de tensión se puede determinar a través de la siguiente ecuación:
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Ejemplo 9: Se tiene un motor monofásico de 5 caballos de fuerza el cual es utilizado para un compresor, la tensión de alimentación del motor es de 230v utilizando un condensador original de 174 MF. A dicho motor se le reconectó su bobinado para una tensión de 115V. Calcular la capacidad del condensador para la nueva tensión del motor. Datos
6.- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores monofasicos En el capítulo de motores monofásicos de fase partida con condensador permanente hablamos que la capacidad requerida en el bobinado auxiliar es mucho menor oscilando entre un rango de 5 a 20 MF normalmente. Dadas las características de funcionamiento de dicho motor. 6.1- Tecnología del cálculo de condensadores permanentes para motores monofasicos A continuación exponemos el proceso para calcular el condensador permanente necesario para un motor monofásico. 1°) Calculemos la potencia activa del motor o potencia consumida (P1)
2°) Calculamos la potencia reactiva del motor
3°) Calculamos la capacidad a través de la siguiente fórmula
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Ejemplo 10: Se tiene un motor monofásico de condensador permanente con los siguientes datos de placa característica, al cual se le desea calcular la capacidad del condensador permanente.
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Ejemplo 11: Se tiene un motor monofásico de condensador permanente con la placa característica, al cual se le desea calcular la capacidad permanente. Con los siguientes datos del condensador
7-.- Averías en los motores monofasicos de inducción Las averías más frecuentes que pueden presentarse en los motores monofásicos de inducción tenemos las siguientes: 7.1 Fusibles quemados - Con el fusible fuera de circuito - Con el fusible en el circuito. Para localizar un posible fusible quemado fuera de circuito, se utiliza la lámpara de prueba en serie Fig. 36. Si el hilo fusible no está roto, se cerrará el circuito a través de este hilo y de la lámpara y ésta se encenderá; si por el contrario, está roto, el circuito queda abierto y la lámpara no se enciende. Para comprobar el estado de los fusibles sin sacarlos de la instalación, puede emplearse una lámpara de prueba en derivación (figura 37). Con el interruptor general cerrado y aplicando los terminales de prueba a la entrada y salida del fusible, si éste se ha quemado, la lámpara se enciende; si el fusible está en buenas condiciones, la lámpara permanece apagada. También puede comprobarse el estado de un fusible por medio del voltímetro de prueba. Fig. 38. Si el voltímetro marca la tensión entre fases, el fusible está quemado; si el voltímetro no marca tensión, el fusible está en buenas condiciones.
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7.2- Cojinetes desgastados Los cojinetes desgastados producen un descentramiento de la parte giratoria del motor o rotor; como los entrehierros de todas las máquinas eléctricas son muy pequeños, este descentramiento puede provocar el roce mecánico del rotor con la parte fija o estator (figura 39). lo cual ocasiona el deterioro de los bobinados. En los casos de roce entre rotor y estator, los cojinetes desgastados pueden reconocerse por las marcas producidas por el rotor al rozar sobre el hierro del estator. Con los cojinetes desgastados, lo más probable es que el motor no funcione y si lo hace será muy ruidosamente. Debe, por tanto, evitarse el roce entre rotor y estator, y para ello, vigilar el juego del eje, sobre el cojinete; tal como se expresa en la Fig 40, se intenta mover verticalmente el extremo libre del eje, es decir, el del lado del accionamiento; si existe juego vertical, es decir, si el eje se mueve verticalmente, es señal de que el cojinete o el mismo eje están desgastados y hay que sustituir uno u otro. En los cojinetes lisos debe comprobarse que el cojinete es estanco, vigilando las tapas y los fieltros y cuero de cierre. Si el cierre no es eficaz, y debido al fuerte efecto de aspiración de las correas, poleas y acoplamiento, el aceite puede salir al exterior de la máquina, por lo que el cojinete se quedará sin aceite y se agarrotará, provocando su desgaste. Para extraer cojinetes de rodadura o de bolas, no debe emplearse nunca un martillo sino dispositivos de extracción adecuados Fig. 41. Para su extracción, debe aplicarse la presión en el sitio adecuado, señalado con flechas en la Fig. 42, es decir, en el anillo interior fijado al eje y no en el anillo exterior fijado a la tapa, ya que en este último caso, el cojinete puede averiarse por sufrir esfuerzos inadmisibles. Para comprobar el desgaste de los cojinetes de rodadura, se examinan los aros exteriores del cojinete Fig. 43. El aro exterior (1) no debe girar en la tapa y el aro interior (2) no debe girar en el eje de la máquina. Si el motor tiene juego en los rodamientos, es necesario corregirlos con casquillos adecuados o mejor todavía, montando un cojinete nuevo.
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7.3- Tapas mal montadas Cuando una tapa no se adapta bien la carcasa del motor, los cojinetes no quedan alineados y no es posible hacer girar a mano el rotor, o por lo menos, requiere gran esfuerzo el hacerlo. Se comprueba el buen ajuste de una tapa por el sonido limpio que emite al golpearla ligeramente con un mazo de madera. Cuando una tapa no se ajusta bien a la carcasa se aflojan los tornillos de sujeción, se centra bien y se aprietan suavemente los tornillos a la carcasa, ero poco a poco y simultáneamente. Al montar un motor no debe apretarse nunca el primer tornillo, después el siguiente y así sucesivamente; si se procediera de esta forma, el lado de la tapa opuesto a los primeros tornillos que se han apretad. no quedaría bien ajustado a la carcasa. 7.4- Eje torcido Si después de comprobar eL buen montaje de las tapas resulta dificultoso hacer el motor a mano, es casi seguro que el eje está torcido. Para comprobar esta avería, se ha de desmontar el rotor y colocarlo entre los puntos de un torno; se pone el torno en marcha y se observa fácilmente si el eje gira centrado o descentrado. Para reparar un eje descentrado, se monta entre los puntos de un torno y con una palanca o un trozo de tubo, dispuesto bajo la parte curvada, se endereza el eje poco a poco y con mucho cuidado. Este procedimiento
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solamente debe emplearse para motores pequeños, ya que de otra forma, podrían estropearse los puntos del torno. - Cojinetes excesivamente apretados Si los cojinetes están demasiado ajustados con el eje de la máquina, resultará difícil hacer girar el motor a mano, por lo que este defecto se puede localizar fácilmente. Lo mejor es rectificar los cojinetes para que el eje ajuste debidamente; también puede recurrirse a pulir el eje con tela de esmeril. Debe tenerse en cuenta que no siempre son los cojinetes la causa del agarrotamiento del eje; muchas veces, este defecto es debido a un montaje defectuoso del motor, sobre todo de las tapas. 7.5- Sobrecargas Se dice que un motor eléctrico está sobrecargado cuando absorbe una corriente mayor que la nominal. La sobrecarga puede estar originada por diferentes causas: por ejemplo, en un motor monofásico, la sobrecarga puede resultar de que el aparato o máquina accionada necesite más potencia mecánica que la que puede proporcionar el motor. Un motor monofásico sobrecargado emitirá un zumbido prolongado y finalmente, se parará para determinar si el motor trabaja sobrecargado, se conecta en el circuito un amperímetro Fig. 44 y se observa si marca una intensidad superior a la indicada en la placa de características del motor. Si sucede así, es que el motor trabaja sobrecargado. Algunos motores Fig. 45 llevan incorporado un relé térmico de protección contra sobrecargas que consiste en un elemento bimetalico que al calentarse por el paso de la corriente, hace que se separen las dos láminas metálicas, desconectando automáticamente el motor de la red. Estas dos láminas metálicas deben unirse por sí solas cuando el motor se ha enfriado y cuando ha desaparecido la causa que motivó la sobrecarga. Los contactos del relé térmico deberán examinarse minuciosamente, limpiarse y sustituirse por otros nuevos en caso de desgaste excesivo. Muchas veces sucede que la sobrecarga se debe a alguna parte del motor que está sucia o rota. En tal caso, es fácil localizar la sobrecarga, soltando la correa del motor y haciendo girar este último a mano. Si el giro no es suave es porque algún elemento del motor (eje, bobinado, etc.) está sucio o estropeado.
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7.6- Interrupción en el bobinado de régimen Las causas principales de las interrupciones en el bobinado principal o de régimen son las siguientes: - Conexión sucia o floja - Hilo roto Para comprobar si el bobinado de régimen está interrumpido, se utilizará la lámpara de prueba en serie, poniendo sus terminales de prueba en contacto con los extremos del bobinado Fig. 46. Si la lámpara se enciende, el circuito está en buen estado y no existen interrupciones; si la lámpara no se enciende, el circuito está interrumpido por algún sitio Fig. 47. Ahora hay que averiguar en cuál de los polos está la bobina interrumpida. Para ello Fig. 48, se pone un Terminal de prueba de la lámpara en contacto con un extremo del bobinado y el otro Terminal con la salida de cada uno de los polos (numerados 1, 2, 3 y 4 en la figura). S la lámpara no se enciende, al estar el segundo Terminal en contacto con el polo 1, la primera bobina será la averiada; si e enciende la lámpara estando su Terminal en el polo 1, pero no se enciende al estar en contacto con el polo 2, la segunda bobina será la defectuosa y a-sí sucesivamente.
7.7- Interrupción en el bobinado de arranque Las principales causas de interrupciones en el bobinado de arranque son las siguientes: - Conexión sucia o floja. - Hilo roto - Interruptor centrifugo averiado. En el bobinado de arranque resulta bastante difícil localizar una interrupción que en el bobinado de régimen, debido a que el circuito de dicho bobinado comprende, además, el interruptor centrífugo que es, precisamente, una de las causas más frecuentes de la avería que estamos estudiando debido a que, con el continuo uso, las piezas que componen dicho interruptor se desgastan y ensucian o también a que la presión de la parte giratoria del interruptor sobre la parte fija es insuficiente para que se cierran los contactos.
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La posible interrupción en el bobinado de arranque puede investigarse de acuerdo con uno de los procedimientos que se explican a continuación: • El primer procedimiento consiste en conectar el motor a la red y comprobar si emite un zumbido continuo; si sucede de esta manera, es que hay una interrupción en el bobinado de arranque. • Otro procedimiento consiste en hacer girar el rotor a mano, lo que puede realizarse arrollando un cordel en el extremo libre del eje y tirando del extremo de aquél con fuerza Fig. 49. Una vez iniciado el giro del motor, se conecta éste a la red y si continúa funcionando será señal de que la avería está en el circuito del bobinado de arranque. • También se pueden investigar las interrupciones en el bobinado de arranque por medio de la lámpara de prueba en serie. Fig. 50. Para localizar una interrupción si el bobinado de arranque está conectado al interruptor centrífugo y el motor está desmontado, se puede proceder de la siguiente forma: se conectan los terminales de prueba a la lámpara en los dos extremos del bobinado de arranque; mientras no se unan los dos contactos del interruptor centrífugo, la lámpara ha de permanecer apagada. Pero si al cerrarse estos contactos tampoco se enciende la lámpara de prueba, es que existe una interrupción en el interruptor centrífugo o en el bobinado de arranque. Para localizar esta interrupción, se ensaya separadamente el bobinado de arranque, utilizando la lámpara de prueba y si el bobinado está en buenas condiciones, la interrupción debe buscarse en e! interruptor centrífugo, que se habrá de desmontar y limpiar, graduando además la presión de la parte fija sobre la parte giratoria. Si se ha de localizar la interrupción con el motor montado, se conectarán los terminales de la lámpara de prueba al circuito del bobinado de arranque. Si el motor está en perfectas condiciones en lo que a este bobinado se refiere, la lámpara deberá encenderse; si continúa apagada, (lo más probable es que los contactos del interruptor centrífugo no estén bien cerrados. En tal caso, se empuja el eje del motor en sentido longitudinal, con lo que se conseguirá que se cierren los contactos del interruptor: este defecto puede corregirse colocando arandelas de fibra, para que el eje se mantenga en la posición conveniente. Si con esta prueba, se demuestra que el interruptor centrífugo no es la causa de la interrupción, y que la avería está en el bobinado de arranque, entonces debe ensayar tal como se ha explicado para el bobinado de régimen.
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7.8- Contactos a masa de los bobinados Ya sabemos que hay contacto a masa cuando existe contacto eléctrico entre algún punto del bobinado y la masa metálica del motor. Esta avería puede presentarse por diversas causas; en los motores monofásicos de inducción, las causas más frecuentes son las siguientes: - Posibilidad de que los pernos de sujeción de las tapas lleguen a tocar el bobinado. - Contacto de los conductores del bobinado con las aristas de las cabezas de las ranuras. - Contacto del interruptor centrífugo con la carcasa. Estos contactos no se perciben fácilmente en condiciones aparentemente normales del motor; sin embargo, los contactos con masa equivalen ya a un cortocircuito que pueda llegar a quemar los fusibles o hacer que se recaliente el bobinado, según la importancia de la avería. Para averiguar si en un bobinado hay un contacto a masa, se emplea generalmente la lámpara de prueba en serie; un terminal de prueba se pone en contacto con el extremo del bobinado y el otro terminal de prueba con el núcleo del estator Fig. 51. Si la lámpara se enciende, es que existe algún contacto con la masa. Cuando estemos bien seguros de que existe este contacto, se intentará descubrir a simple vista, o sea examinando detenidamente el bobinado, para ver si algún conductor desnudo toca al núcleo. Si para la localización del contacto a masa no fuera suficiente el procedimiento anterior, habría que deshacer los empalmes entre los polos Fig. 52 y ensayar los bobinados de cada uno de éstos. Una vez localizado el polo con contacto a masa, se deshacen los terminales de las bobinas de cada polo Fig. 53, hasta encontrar la bobina averiada que deberá sustituirse por una bobina nueva o renovar su aislamiento, según la importancia que tenga el contacto a masa.
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7.9- Bobinados quemados o en cortocircuito Los cortocircuitos pueden presentarse debido a diferentes causas. Por ejemplo, en el bobinado de un motor nuevo puede presentar un cortocircuito si al alojar las bobinas del bobinado en sus correspondientes ranuras, se empujan los conductores entre sí con demasiada presión. También se presenta cortocircuito si, debido a una sobrecarga, los bobinados se calientan demasiado, con lo que se queman los aislamientos que recubren los hilos de los bobinados y estos hilos quedan al descubierto. Generalmente, cabe sospechar que existe cortocircuito cuando el bobinado se recalienta estando el motor en marcha o cuando el motor funcionando en vacío, absorbe una corriente cuya intensidad tiene un valor exagerado. Casi siempre, esta avería causa la rotura de los fusibles al conectar el motor a la red. Si los fusibles no se queman se recalentarán los bobinados del motor, tal como se ha dicho anteriormente.
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En los motores monofásicos de inducción existen varios procedimientos para localizar bobinas en cortocircuito, de los que reseñaremos los siguientes: • Localización al tacto. Se pone en marcha el motor, se le deja funcionando durante algún tiempo y se comprueba al tacto la bobina más caliente; en esta bobina estará localizado casi siempre el cortocircuito. • Prueba de la caída de tensión. Se conecta el bobinado a una fuente de corriente continua de baja tensión, se monta un voltímetro entre los extremos de uno de los polos, y se efectúa la lectura de tensión. La misma operación se realiza con los demás polos. El polo al que corresponde menor caída de tensión o sea menor lectura en el voltímetro, será el que contiene la bobina en cortocircuito (fig. 54). • Prueba del zumbador. Con las tapas desmontadas se dispone el zumbador en el interior del estator y se va pasando de una a otra ranura. Una bobina en cortocircuito se reconocerá en seguida por las rápidas vibraciones de una hoja de sierra dispuesta en el otro extremo de la bobina Fig. 55. • Prueba de la corriente absorbida. Este procedimiento se adopta solamente cuando el motor puede funcionar en vacío, o sea sin carga. Le intercala un amperímetro en serie con uno de los hilos de la línea y si la corriente que marca es superior a la que indica la placa de características del motor, es que el bobinado tiene alguna bobina en cortocircuito Fig. 56 En todos los casos desmontar el motor y sustituir el bobinado quemado por otro nuevo. Si, a consecuencia del cortocircuito, solamente se ha quemado el bobinado de arranque, bastará con sustituir éste, pero antes de montarlo convendrá comprobar si el bobinado de régimen está en buenas condiciones de funcionamiento.
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7.10- Barras de rotor flojas En los motores monofásicos de inducción, las barras que constituyen el bobinado rotórico se ponen en cortocircuito, uniéndolas por sus extremos mediante dos aros de cobre o de aluminio, según sea el material constituyente de las barras. Si una o varias de estas barras se aflojan Fig. 57 y no hacen buen contacto con los aros frontales de sujeción el motor no puede marchar con normalidad e incluso, en algunos casos no gira. Las señales características de esta avería son las siguientes: - Ruido del motor al girar - Escasa potencia desarrollada. - Continuo chispeo entre barras y aros frontales. La localización de esta avería se realiza mediante el zumbador y la hoja de sierra Fig. 58; la hoja de sierra vibra cuando está situada sobre las barras no averiadas. En algunos casos también puede localizarse esta avería por simple inspección manual. La solución a esta avería es afianzar nuevamente la soldadura de las barras flojas sobre los anillos frontales de sujeción.
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7.11- Inversión de polaridad en los bobinados Si los polos se han conectado equivocadamente, el motor girará muy lentamente o no girará, si el motor marcha, lo hará acompañado de un ruido característico. Para la determinación de la polaridad puede utilizarse el procedimiento de la brújula Fig. 59. Se dispone el estator en posición horizontal y se conecta el bobinado a una fuente de corriente continua de baja tensión (por ejemplo, una batería de 12 y). La brújula se sitúa en el interior del estator y se mueve lentamente de un polo a otro. Si el bobinado está bien conectado, se invertirá el sentido de la aguja de la brújula al pasar de un polo a otro, tal como puede apreciarse en la figura. Si dos polos adyacentes atraen el mismo extremo de la aguja magnética, es que hay inversión de la polaridad, o sea que las conexiones de un polo están equivocadas. Cuando solamente hay un polo mal conectado, se permutan los terminales al polo; pero si hay varios polos con la polaridad invertida, habrá que tener en cuenta las conexiones representadas en la Fig. 60.
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8-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de fase partida 8.1 Al cerrar el interruptor, el motor no arranca Fig 61 Fusibles quemados Cojinetes desgastados Sobrecarga Interrupción en el bobinado de régimen Interrupción en el bobinado de arranque Bobinado con contactos a masa Bobinado quemado o cortocircuito Tapas mal montadas Eje torcido Cojinetes muy apretados
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8.2-Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la normal Fig 62 1. Bobinado en cortocircuito 2. Inversión de polaridad en los bobinados 3. Cojinetes desgastados 4. Barras del motor flojas 5. Sobrecarga
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8.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta excesivamente Fig 63 1. Bobinado en cortocircuito 2. Bobinado con contactos a masa 3. Cojinetes desgastados 4. Sobrecarga 5. Barras del rotor flojas
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8.4- Al cerrar el interruptor. el motor marcha con mucho ruido 1. Bobinado en cortocircuito 2. Inversión de polaridad en ¡os bobinados 3. Barras del rotor flojas 4. Cojinetes desgastados 5. Interrupción en el bobinado de arranque Fig. 64
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9-.- Funcionamiento defectuoso de los motores monofásicos de condensador A continuación, se reseñan los casos más frecuentes de funcionamiento defectuoso que se presentan en los motores monofásicos de inducción de condensador y sus posibles causas, citando éstas por orden de mayor a menor probabilidad. Por lo tanto, para la localización de las averías, se comprobará primero si la causa es la indicada en el apartado A, después en el apartado B y así sucesivamente. . 9.1- Al cerrar el interruptor, el motor no arranca Fig. 65 1. Condensador defectuoso 2. Fusible quemados 3. Cojinetes desgastados 4. Sobrecarga 5. Interrupción en el bobinado de régimen 6. Interrupción en el bobinado de arranque Bobinado con contactos a masa 8. Bobinado quemado o cortocircuito 64
9. Tapas mal montadas 10. Eje torcido 11. Cojinetes muy apretados
9.2- Al cerrar el interruptor, el motor marcha, pero se calienta excesivamente Fig. 66 1. Condensador defectuoso 2. Bobinados en cortocircuito 3. Bobinado con contactos a masa 4. Cojinetes desgastados 5. Sobrecarga 6. Barras del rotor flojas
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9.3- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con velocidad inferior a la normal Fig. 67 1. Condensador defectuoso 2. Bobinado en cortocircuito 3. Inversión de polaridad en los bobinados 4. Cojinetes desgastados 5. Barras de rotor flojas 6. Sobrecarga
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9.4- Al cerrar el interruptor, el motor marcha con mucho ruido Fig. 68 1. Condensador defectuoso 2. Bobinado en cortocircuito 3. Inversión de la polaridad en ¡os bobinados 4. Barras del rotor flojas 5. Cojinetes desgastados 6. Interrupción en el bobinado de arranque
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EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN
I. Responda cada una de las siguientes preguntas. 1. Explique el proceso de cálculo de un bobinado separado.
2. Explique el proceso de cálculo un bobinado superpuesto
3. Explique el proceso de cálculo de un bobinado del estator de un motor monofasico de inducción
4. Explique el proceso de cálculo de la capacidad a través de la corriente de arranque
5. Explique el proceso de cálculo de la capacidad con cambio de voltaje
6. Explique el proceso de cálculo motores monofasicos
de la capacidad permanente para
7. Cuales son las principales averías en los motores monofasicos de inducción
8. Explique el funcionamiento defectuoso de los motores monofasicos de fase partida
9. Explique el funcionamiento defectuoso de los motores monofasicos de condensador
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GLOSARIO
Motor de inducción o asíncronos monofásico Motores monofásicos que poseen un rotor del tipo jaula de ardilla (o rotor con espiras en corto circuito). Los campos alternos Es cuando una de otras darán lugar a un campo magnético giratorio cuando el desfase entre las dos corrientes que circulan por ellas sea aproximadamente 90º Motor monofásico de fase partida Son los motores monofásicos con devanado auxiliar se componen de dos devanados desplazados a 90º uno del otro, el devanado principal y el auxiliar. Estos se diferencian según el método de obtención del desfase entre las dos corrientes del devanado.
Interruptor centrifugo Consiste en dos partes básicas, una estacionaria y una rotatoria, la parte estacionaria incluye los contactos de conexión y desconexión, la parte rotatoria está montada en el rotor y hace operar los contactos al desplazarse axialmente debido a la fuerza centrifuga ejercida por contrapesos montados cerca de su periferia.
Motor de repulsión Este motor consta de un estator cuyo bobinado es semejante al bobinado de régimen de un motor de fase partida y de un rotor cuyo bobinado es semejante al de un inducido de motor de corriente continua Devanar Operación técnica que consiste en efectuar arrollamientos de alambres en diferentes planos para la producción de energía eléctrica
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BIBLIOGRAFÍA •
Electrotecnia curso elemental libro GTZ. H.Hubscher, J. Klaue W. Pfluger, S Appelt
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Fundamentos de electricidad, Mileaf Harry.
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Rebobinado de motores y transformadores , Kart Wilkinson
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Tecnología Eléctrica 2 Ricardo Casado
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