Contenido 5. MOTORES ESPECIALES...................... ................................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................ .............
.....
5.1 ELEMENTOS BÁSICOS DE MOTORES..................... ................................ ...................... ..................... .............................. .................... ..... MONOFÁSICOS.................... .............................. ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ...................................... ............................
.....
...................................................... ..... 5.3 ARRANQUE DE LOS MOTORES MONOFÁSICOS................................................. ................................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ......................... .............. DE INDUCCIÓN.....................
.....
............................... ..................... ........................................... ................................. 5.4 DEVANADOS DE FASE PARTIDA....................
.....
5.4.1 Defnición e M!"!# e F$%e P$#"i$ .......................................................... ..... 5.4.& F'nci!n$(ien"! e) M!"!# e F$%e P$#"i$ ...............................................
.....
............................... ..................... ..................... ............................ .................. ... 5.4.3 In*e#%ión e) Sen"i! e +i#! ..................... .............................. ..................... ..................... ...................................... ............................ ... 5.5 ARRANQUE POR CAPACITOR ....................
5., OPERACIÓN CONTINUA POR CAPACITOR.......................................................... ... ........................................... .... 5.,.1 M!"!# c!n C$-$ci"!# e A##$n'e / e M$#c0$ ....................................... ................................ ..................... ..................... ...................... ..................... ............................. ................... 5. MOTOR UNIVERSAL.....................
...
............................... ................................................. ....................................... ... 5.2 MOTOR DE POLOS SOMREADOS.....................
5. MOTOR DE PASOS................................................................................................. 5..1 F'nci!n$(ien"! e )!% M!"!#e% $ P$%!% ....................................................
... ...
5.1 SERVOMOTORES.................................................................................................
...
5.11 MOTORES LINEALES...........................................................................................
...
............................... ..................... .......................................... ............................... ... 5.11.1 Ti-!% e M!"!#e% Line$)e% ..................... ............................... .............................. ................... ... 5.1& APLICACIÓN DE LOS MOTORES ESPECIALES....................
INTRODUCCIÓN Los Motores Eléctricos, se encuentran presentes en todo nuestro entorno, en el hogar, la escu escuel ela, a, el trab trabaj ajo, o,
el come comerc rcio io,, la indu indust stri ria a y en todo todos s los los luga lugare res s dond donde e exis existe te
suministro de energía eléctrica. Estos nos hacen la vida más fácil y cmoda en el caso del hogar! mediante un ventilador para soplarnos en época de calor. "tra aplicacin en el hogar son las licuadoras, las cuales facilitan a las cocineras la molienda de los ingredientes para la preparacin de los alimentos. #ambién los encontramos en la ma$uinas%herramientas, como taladros! en la estética personal diaria, a través de las l as ma$uinas afeitadoras o en la secadora de cabello. Lo anterior son solo algunos de los muchos ejemplos muy cotidianos de las aplicaciones de los motores eléctricos. &in embargo existen aplicaciones mucho más complejas en las cuales necesitamos de motores especiales, como en procesos industriales, en los $ue se necesita elegir motores adecuados para desarrollar ese trabajo es decir, con el par de arran$ue, potencia, velocidad y facilidad de control entre muchas otras características. ' continuacin les presentaremos de forma documental los diferentes tipos de motores monofásicos de corriente alterna, los motores especiales, sus características eléctricas y mecánicas, mecánicas, como como
sus principios principios físicos físicos de funcionamient funcionamiento, o, tipos de arran$ue, arran$ue, par de
arran$ue, control, así como sus diferentes tipos de aplicaciones, desde el hogar hasta la industria entre muchas otras cosas más.
5. MOTORES ESPECIALES La necesidad del motor de induccin monofásico se explica de la siguiente forma( existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las $ue la compa)ía eléctrica slo suministra un servicio de *.'. monofásico. 'demás, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pe$ue)os $ue trabajen con suministro monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como má$uinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire etc.
La mayoría de los motores monofásicos son +motores pe$ue)os de +potencia fraccionaria -menos de hp/. &in embargo, algunos se fabrican en tama)os normales de caballaje integral( .0, 1, 2, 0, 3.0 y 4 hp tanto para 0 5 como para 124 5 en servicio monofásico y aun para servicio de 664 5 entre los límites de 3.0 a 4 hp. Los tama)os especiales de caballaje integral van desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores de serie monofásicos de *.'.
Los motores monofásicos de induccin experimentan una grave desventaja. 7uesto $ue slo hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de induccin no rota. En su lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma direccin. 7uesto $ue no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de induccin no tiene par de arran$ue. Es por ello $ue se emplean diversos métodos para iniciar el giro del rotor, y por lo tanto existe una clasificacin de los motores monofásicos basada en los métodos particulares de arran$ue.
5.1 ELEMENTOS ÁSICOS DE MOTORES MONOFÁSICOS 8entro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan formados por varios elementos. &us partes principales son( el estator, la carcasa, la base,
el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes véase -figura 1/. 9o obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.
Fig.1) Pares de u M!"!r #! Ca$a#i"!r.
Fig.%) Par"es de !"r! "i$! de M!"!r.
EL ESTATOR El estator es el elemento $ue opera como base, permitiendo $ue desde ese punto se lleve a cabo la rotacin del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero sí magnéticamente. Existen dos tipos de estatores -ver figura 2/(
'/ Estator de polos salientes.
:/
Estator ranurado.
El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio -y se les llama +pa$uete/, $ue tienen la habilidad de permitir $ue pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad! la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.
Fig. &) Ti$!s de es"a"!res. Los polos de un motor siempre son pares -pueden ser 1, 6, ;, <, 4, etc.,/, por ello el mínimo de polos $ue puede tener un motor para funcionar es dos -un norte y un sur/.
Las +revoluciones por minuto del rotor -=7M/ se determinan por la siguiente frmula( > ? >recuencia de la corriente alterna -04@A/ >x# =7M ? %%%%%%%%%%%
# ? #iempo en segundos -;4 segundos/ 7p ? 7ares de polo -todo motor tiene un mínimo de un par de
7p
polos un norte y un sur/ =7M ? =evoluciones por minuto.
ROTOR El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya $ue de él depende la conversin de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio $ue forman un pa$uete, y pueden ser básicamente de tres tipos -figura 6/(
'/ =otor =anurado.
:/ =otor de 7olos &alientes.
*/ =otor Baula de 'rdilla.
Fig. ') Ti$!s de R!"!res
CARCASA La carcasa es la parte $ue protege y cubre al estator y al rotor. El material empleado para su fabricacin depende del tipo de motor, de su dise)o y su aplicacin. 'sí pues, la carcasa puede ser(
a/
#otalmente cerrada.
b/
'bierta.
c/
' prueba de goteo.
d/
' prueba de explosiones.
d/
8e tipo sumergible.
BASE La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerAa mecánica de operacin del motor, puede ser de dos tipos( '/
:ase frontal.
:/
:ase lateral.
CA(A DE CONEIONES 7or lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento $ue protege a los conductores $ue alimentan al motor, resguardándolos de la operacin mecánica del mismo, y contra cual$uier elemento $ue pudiera da)arlos.
CO(INETES #ambién conocidos como rodamientos, contribuyen a la ptima operacin de las partes giratorias del motor. &e utiliAan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la friccin, lo $ue contribuye a lograr $ue se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales(
A.*) C!+ie"es de des,i-aie"! ! /u+es 0er 2igura 5)3 "peran en base al principio de la película de aceite, esto es, $ue existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.
B.*) C!+ie"es de r!daie"! 04ase 2igura )3
&e utiliAan con preferencia en veA de los cojinetes de desliAamiento por varias raAones(
C
#ienen un menor coeficiente de friccin, especialmente en el arran$ue.
C
&on compactos en su dise)o
C
#ienen una alta precisin de operacin.
C
9o se desgastan tanto como los cojinetes de tipo desliAante.
C
&e remplaAan fácilmente debido a sus tama)os estándares.
Fig.5) C!+ie"e de des,i-aie"!.
Fig.) C!+ie"e de r!daie"!.
5.3 ARRANQUE DE LOS MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN *omo ya se explic, un motor de induccin monofásico no tiene un par de arran$ue intrínseco. @ay tres técnicas $ue se usan comDnmente para arrancar estos motores, los cuales se clasifican de acuerdo con los métodos utiliAados para producir su par de arran$ue. Estas técnicas de arran$ue difieren entre sí en costo y en la cantidad de par de arran$ue producido, un ingeniero por lo regular emplea la técnica menos cara $ue cumpla con los re$uerimientos de par de una aplicacin dada. Estas tres técnicas de arran$ue principales son(
Deaad!s de 2ase $ar"ida. Deaad!s "i$! #a$a#i"!r.
P!,!s de es"a"!r s!/read!s. Los cueles se van a detallar a continuacin
5.4 DEVANADOS DE FASE PARTIDA MOTORES DE FASE PARTIDA 8ebemos de entender $ue los motores monofásicos tienen una sola fase de alimentacin, no poseen un campo giratorio sino $ue tienen un campo magnético pulsante, la cual se hace difícil de $ue exista un tor$ue en el arran$ue, por lo $ue necesita de dispositivos extras para iniciar el movimiento de la má$uina. 7ara el arran$ue se utiliAará un bobinado auxiliar, estos bien posicionados y colocados adecuadamente de tal forma $ue se creará una fase ficticia y de esta manera hará posible $ue se cree un campo giratorio para dar par y así pueda dar movimiento. Los motores eléctricos monofásicos de fase partida son una alternativa para el uso doméstico, pues su aplicacin se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen los electrodomésticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora, aspiradora, etc. Existen una variedad de tipos de motores, conocemos los tipos de motores con jaula de ardilla y estos son ventajosos por su fabricacin, robusteA, y sobre todo la duracin. #ambién se puede comentar sobre la variedad en cuanto a la utiliAacin de estos motores, es decir $ue existen para diferentes usos, a veces es necesario $ue dichos motores funciones de manera inversa, dicho de otra manera $ue el giro sea contrario y $ue funciones a diferentes tensiones.
5.4.1 Defnición e M!"!# e F$%e P$#"i$ La 9EM' define el motor de fase partida como motor de induccin monofásico provisto de un arrollamiento auxiliar desplaAado magnéticamente respecto al arrollamiento principal y conectado en forma paralela con este ultimo. Los motores de fase partida constan de las mismas partes principales de los motores de induccin.
Fi6.7 P$#"e% e) M!"!# e F$%e P$#"i$
5.4.& F'nci!n$(ien"! e) M!"!# e F$%e P$#"i$ Los motores monofásicos de fase partida tienen solo una fase de alimentacin, no poseen campo giratorio como en los polifásicos, pero si tienen un campo magnético pulsante, esto impide $ue se proporcione un tor$ue en el arran$ue ya $ue el campo magnético inducido en el rotor está alineado con el campo del estator. 7ara solucionar el problema del arran$ue es $ue se utiliAa un bobinado auxiliar $ue son dimensionados adecuadamente y posicionados de tal forma $ue se crea una fase ficticia, permitiendo de esta manera la formacin de un campo giratorio necesario en la partida. El arrollamiento auxiliar crea un dese$uilibrio de fase produciendo el tor$ue y aceleracin necesarios para la rotacin inicial. *uando el motor llega a tener una velocidad determinada la fase auxiliar se desconecta de la red a través de una llave $ue normalmente actDa por una fuerAa centrífuga -llave centrífuga/, también puede darse el caso $ue es remplaAado por un relé de corriente o una llave externa. *omo el bobinado auxiliar es dimensionado solo para el arran$ue, si no se desconecta se $uemará. &e fabrica hasta *5. El ángulo de desfasaje entre las corrientes de los bobinados de trabajo y arran$ue es reducido, es por ésta raAn $ue éstos motores tienen un tor$ue de arran$ue igual al nominal o ligeramente superior al nominal limitando su aplicacin a cargas mucho más exigentes.
Fig.6) Es"ru#"ura de, M!"!r de Fase Par"ida 7ara el caso $ue nos ocupa, el devanado de arran$ue -8'/ tiene menos nDmero de espiras de alambre fino, por lo $ue su resistencia es elevada y su reactancia resulta reducida. El
devanado de marcha -8M/, por lo contrario, tiene muchas espiras de
alambre mucho más grueso, siendo su resistencia mucho más baja y su reactancia más elevada, es decir, $ue ante un voltaje referencial, las corrientes $ue circulan por cada uno de los dos devanados no estarán en fase por las marcadas diferencias en los aspectos constructivos. 7or el devanado de marcha siempre tiende a circular una corriente de mayor magnitud $ue a$uella $ue circula por el devanado de arran$ue. &in embargo, dado el desfase existente entre ambas corrientes y dado el desfase espacial de los dos devanados, al conectar el motor, realmente se generará un campo magnético bifásico $ue permitirá el desarrollo de un tor$ue de arran$ue resultante no nulo, $ue a su veA permitirá $ue el motor parta del reposo. El sentido de aceleracin siempre será el mismo sentido en $ue gire el campo magnético giratorio producido por ambas corrientes, de tal forma $ue, este tipo de motor es considerado como no reversible pero sí inversible -re$uiere desconexin total de la fuente y 'cciones conectivas/.
Fig. 7) Cir#ui"! e,4#"ri#! de u !"!r de 2ase $ar"ida
Fig. 18) Diagraa Fas!ria, de #!rrie"es 9 "esi!es e e, MFP.
*on el fin de poder desconectar el devanado de arran$ue, después de cumplida su funcin, se ha ideado un interruptor de accin mecánica -*/, cuyo estado cambia por la accin de la fuerAa centrífuga. 'l arrancar el motor este * debe abrirse más o menos cuando el desliAamiento -s/ haya alcanAado el valor del 10 F. 9aturalmente $ue el * permanece cerrado durante el reposo y se abre después de haber alcanAado un 30 F -s? 4.10/ de la velocidad nominal por dos raAones, a saber( el tor$ue desarrollado por el campo giratorio en el 8M es mayor $ue el tor$ue desarrollado por ambos devanados a un valor de s del 0 F y por lo tanto, los dos devanados nunca deben permanecer conectados al alcanAar el motor el <0 F de la velocidad nominal, al $uedar conectado slo el 8M, la corriente total $ue durante el arran$ue es igual a la suma >asorial de las dos corrientes, se ve reducida a la corriente circulando Dnicamente por el 8M, por lo $ue, las pérdidas por efecto Boule se verán reducidas. Este * puede ser sustituido por interruptor de estado slido -triac/ o por un relevador de contactos magnéticos.
&i al arrancar el motor, el * no se abre, el excesivo calor generado por la alta resistencia del 8' hará $ue la temperatura del estator aumente, pudiendo llegar a $uemarse sus devanados. #al y como ya se afirm, una veA $ue el motor acelera y alcanAa el 30 F de su velocidad nominal, el * se abre, de tal forma $ue la corriente tomada de la red disminuye drásticamente, pudiendo comprobarse el funcionamiento normal del * hasta con una pinAa o gancho de amperímetro.
En otras palabras, el devanado auxiliar logra $ue uno de los campos magnéticos estatricos rotacionales opuestos sea mayor $ue el otro y provee un par de arran$ue neto para el motor. La capacidad del devanado de arran$ue se basa slo en trabajo intermitente. &i el interruptor centrífugo se descompone y no puede abrir, por lo general debido a $ue se pegan los contactos, el calor excesivo $ue produce el devanado de
arran$ue, de alta resistencia, aumentará de tal manera la temperatura del estator, $ue finalmente se $uemarán ambos devanados. Los motores de fase partida de mejor dise)o tienen relevadores térmicos interconstruidos, conectados en serie con la terminal de la línea, para desconectar el motor del suministro siempre $ue la temperatura sea muy elevada.
Fig. 11) 0a) Re,a#i: e"re ,!s #a$!s ag4"i#!s $ri#i$a, 9 au;i,iar. 0/) IA a,#a-a su a,!r <;i! a"es =ue IM> $r!du#e ua r!"a#i: e"a de ,!s #a$!s ag4"i#!s e se"id! #!"rari! de ,as ae#i,,as de, re,!+. 0#) Cara#"er?s"i#a $ar*e,!#idad resu,"a"e.
Fig.1%) Par de arra=ue de u MFP.
Fig. 1&) Es=uea de P!"e#ia
5.4.3 In*e#%ión e) Sen"i! e +i#! La inversin del sentido de giro resulta una operacin muy sencilla en un motor de fase partida, pues basta para ello permutar la conexin de los terminales del arrollamiento de trabajo o del arrollamiento de arran$ue.
Fig.1') Dis$!si#i: #!rre#"a de ,as /!/ias de, es"a"!r.
La figura nG 21 se muestra es$uemática mente el mismo motor representado en la figura nG2 pero con la conexin de los terminales del arrollamiento de arran$ue permutada.
Fig.15) #!e;i: de, /!/iad! es"a":ri#! $ara ,a iersi: de, se"id! de, gir!.
La explicacin de esto es $ue el campo magnético del arrollamiento de arran$ue se genera antes $ue el del arrollamiento de trabajo. 7or consiguiente, todo sucede como si el campo magnético girase desde un polo del arrollamiento de arran$ue hacia el polo más prximo y de igual signo del arrollamiento de trabajo.
' veces es necesario averiguar el sentido de giro de un motor y debemos reconocer a simple vista arrollamientos(
C
El hilo del arrollamiento de trabajo es más grueso $ue el del arrollamiento de barran$ue.
C
Hn extremo del arrollamiento de arran$ue suele estar conectado normalmente al interruptor centrifugo.
C
El arrollamiento del arran$ue esta generalmente dispuesto encima del de #rabajo.
5.5 ARRANQUE POR CAPACITOR Estos motores monofásicos de corriente alterna cuyo rango va de fracciones de @7 hasta 0 @7, se usan ampliamente con muchas aplicaciones de tipo monofásico tales como accionamiento a ma$uinas y herramientas como pueden ser taladros, pulidoras, motobombas, etc.
*omo medio de mejorar el par relativamente bajo del motor de fase partida se agrega un capacitor al devanado auxiliar para producir una relacin casi real de I4J entre las corrientes de los devanados de arran$ue y de marcha, en lugar de aproximadamente 10J figura ;-b/, elevando el par de arran$ue a los límites normales del par nominal. La figura ;-a/ muestra el diagrama de conexiones del motor de arran$ue por capacitor, cuya diferencia implica la adicin de un capacitor en el devanado auxiliar. &e puede advertir
también a partir de la figura 3, el mejoramiento del tor$ue de partida debido a la inclusin del capacitor.
8ebido a su mayor par de arran$ue, $ue es de 2.0 a 6.0 veces el par nominal, y a su reducida corriente de arran$ue para la misma potencia al instante del arran$ue, el motor de arran$ue por capacitor se fabrica hoy en tama)os de caballaje integral hasta de 3.0 hp. El capacitor se conecta en serie con el devanado de arran$ue y el sKitch o interruptor centrífugo.
Fig.1) M!"!r de arra=ue $!r #a$a#i"!r 0a) es=ue<"i#! 0/) des2ase de #!rrie"es.
Los pares del motor de fase partida van del .0 a 1.4 veces el par nominal y nunca son mayores de hp.
Fig. 1@) Cara#"er?s"i#a $ar*e,!#idad de u !"!r de idu##i: de arra=ue $!r #a$a#i"!r.
En virtud de su mayor par de arran$ue, los motores de fase partida y arran$ue por capacitor
se
emplean
para
bombas,
compresores,
unidades
de
refrigeracin,
acondicionadores de aire y lavadoras grandes, en los $ue se necesita un motor monofásico.
5., OPERACIÓN CONTINUA POR CAPACITOR 0Ca$a#i"!r Perae"e) Este motor presenta dos devanados iguales -igual resistencia/, pero en unos de ellos se conecta un condensador en serie, calculado para $ue en el punto nominal del motor, las corrientes de los devanados sean los más parecidas posibles y su desfase sea prximo a I4G. 8e esta forma el campo giratorio es casi perfecto y el motor se comporta a plena carga con un par muy estable y un buen rendimiento -figura
Fig. 16) M!"!r !!2 0/) #ara#"er?s"i#a "!r=ue*e,!#idad.
5.,.1 M!"!# c!n C$-$ci"!# e A##$n'e / e M$#c0$ El motor de capacitor de marcha tiene un punto débil importante $ue es su bajo par de arran$ue. El motor de capacitor de arran$ue y de marcha, combina las ventajas de funcionamiento casi sin ruido y de control limitado de velocidad del capacitor de marcha con el alto par de arran$ue del motor de arran$ue por capacitor. &e emplean dos capacitores durante el periodo de arran$ue. Hno de ellos, el capacitor electrolítico de arran$ue, semejante al $ue se usa para el trabajo intermitente del motor de arran$ue por capacitor, tiene una capacitancia bastante alta, de 4 a 0 veces el valor del capacitor de
marcha y se saca del circuito mediante un interruptor centrífugo al alcanAar el 30F de la velocidad síncrona y con ello produce el par de arran$ue necesariamente alto -figura I b/. Entonces el motor continDa acelerando como motor de un capacitor, con el valor ptimo de la capacitancia del dispositivo de aceite para trabajar en la carga nominal o cerca de ésta. La ventaja principal del motor de capacitor de dos valores es su alto par de arran$ue, aunado al trabajo poco ruidoso y al buen par de funcionamiento. &e clasifica como motor invertible por$ue cuando las terminales de la línea de un devanado se invierten, se pone a trabajar en reversa del modo acostumbrado. Entre
las
aplicaciones
podemos
mencionar
las
unidades
domésticas
de
acondicionamiento de aire, en las $ue se emplea en el compresor y $ue trabajan con una corriente de ramal igual a 0 '.
Fig. 17) M!"!r !!2
5. MOTOR UNIVERSAL El !"!r uiersa, se denomina así por ser el Dnico motor $ue puede conectarse tanto a corriente alterna como a corriente continua. *uando el motor universal se conecta a la corriente continua con una carga constante, la velocidad y la potencia aumenta proporcionalmente con el voltaje aplicado.
*uando el motor universal se conecta a la corriente alterna con carga constante, la velocidad y la potencia aumentan proporcionalmente con el voltaje aplicado a partir de los 2444 r.p.m. -revoluciones por minuto/. En el motor universal la velocidad dada para un voltaje en corriente alterna es inferior $ue la $ue se obtendría si se aplica el mismo voltaje pero en corriente continua. 7or ello hay herramientas, como taladros $ue para bajar las revoluciones del motor le intercalan un rectificador de media onda.
Los motores universales se construyen para potencias menores a los 4.0 *5 -caballos vapor/ y velocidades de hasta 2444 r.p.m. y presentan un buen rendimiento. El principio de funcionamiento del motor universal está determinado por el efecto motor $ue produce un conductor recorrido por una corriente eléctrica y $ue está sometido a un campo magnético. 7or accin magneto motriA existirá un desplaAamiento y por ende una rotacin.
CARACTERSTICAS DE LOS MOTORES UNIERSALES
>unciona con corriente alterna y con corriente directa.
7osee un par de arran$ue muy elevado.
La velocidad es directamente proporcional a la corriente.
&e utiliAa en herramientas manuales, electrodomésticos.
7ara invertir el sentido de rotacin, se invierte el sentido de la corriente en cual$uiera de los bobinados.
5.2 MOTOR DE POLOS SOMREADOS
#odos los motores monofásicos $ue se describieron anteriormente emplean estatores con entrehierros uniformes con respecto a sus devanados de rotor y estator, $ue están distribuidos uniformemente por la periferia del estator. Los métodos de arran$ue se basan en general en el principio de la fase partida de producir un campo magnético rotatorio para iniciar el giro del rotor. El motor de polos sombreados es, en general, un motor pe$ue)o de potencia fraccionaria $ue no es mayor de 4 hp, aun$ue se han producido motores hasta de N hp. La gran ventaja de este motor estriba en su extrema simplicidad( un devanado monofásico de rotor, rotor con jaula de ardilla vaciada y pieAas polares especiales. 9o tiene interruptores centrífugos, capacitores, devanados especiales de arran$ue ni conmutadores. #iene tan slo un devanado monofásico pero es inherentemente de arr an$ue propio. La figura 14-a/ muestra la construccin general de un motor de polos sombreados -dos polos salientes/.
Fig. %8) M!"!r de P!,!s s!/read!s 0a) #!s"ru##i:> 0/) #ara#"er?s"i#a "!r=ue*e,!#idad.
Las pieAas polares especiales se forman con laminaciones y una bobina de sombreado en cortocircuito, o bien un anillo de cobre maciAo de una sola vuelta, alrededor del segmento más pe$ue)o de la pieAa polar. La bobina de sombreado está separada del devanado principal de *.'. y sirve para
proveer una divisin de fase del flujo principal del campo, demorando el cambio de flujo en el segmento menor. El flujo en el segmento del polo sombreado siempre está en retraso al correspondiente en el segmento principal, tanto en tiempo como en espacio físico, aun$ue no existe entre ellos una verdadera relacin de I4J. El resultado es $ue se produce un campo magnético rotatorio, suficiente para originar un pe$ue)o desbalanceo en los pares del rotor, tal $ue el par en el sentido de las manecillas del reloj es mayor $ue el contrario, o viceversa, y el rotor siempre gira en la direccin del campo rotatorio. El motor de polos sombreados es robusto, barato, pe$ue)o y necesita de poco mantenimiento. 8esafortunadamente tiene bajo par de arran$ue, baja eficiencia y bajo factor de potencia. #ratándose de un motor pe$ue)o, las Dltimas dos consideraciones no son serias. &u bajo par de arran$ue limita su aplicacin a motores econmicos de tornamesas, proyectores de cine, asadores eléctricos, ventiladores y fuelles pe$ue)os, má$uinas expendedoras, tornamesas de exhibicin en escaparates, sintoniAadores de #5 de control remoto y otras cargas relativamente ligeras de servomecanismos.
Fig. %1) P!,!s S!/read!s
5. MOTOR DE PASOS En nuestros días los motores paso a paso tienen una amplia gama de aplicaciones! esto es debido a $ue poseen una gran precisin. Esta es la característica $ue fue determinante en su eleccin. En el presente capítulo, en el primer apartado, se describe de manera general los principios de funcionamiento de los motores paso a paso.
5..1 F'nci!n$(ien"! e )!% M!"!#e% $ P$%!%
Los motores a pasos son muy utiliAados en la actualidad para el desarrollo de mecanismos $ue re$uieren de una alta precisin. Este tipo de motores poseen cualidades especiales por el hecho de poderlos mover desde un paso hasta una secuencia interminable de pasos dependiendo de la cantidad de pulsos $ue se les apli$ue. Este paso puede ir desde pe$ue)os movimientos de .
Estos motores poseen la habilidad de $uedar enclavados en una posicin si una o más de sus bobinas está energiAada o bien totalmente libres si no existe corriente alguna circulando por sus éstas. :ásicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el $ue van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto nDmero de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. #oda la conmutacin -o excitacin de las bobinas/ deber ser externamente manejada por un controlador. Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente $ue son los más utiliAados en robtica( unipolares y bipolares.
Fig. %%) M!"!r a Pas!s
UNIPOLARES Estos motores suelen tener ; 0 cables de salida dependiendo de su conexionado interno, $ue suelen ser comDnmente 6 cables por los cuales se reciben los pulsos $ue ndican al motor la secuencia y duracin de los pasos y los restantes sirven como alimentacin al motor.
Se#ue#ias $ara ae+ar !"!res $as! a $as! ui$!,ares Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales se detallan a continuacin. #odas las secuencias comienAan nuevamente por el paso una veA
alcanAado el paso final -6 u
1) Se#ue#ia N!ra, *on esta secuencia el motor avanAa un paso por veA y debido a $ue siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto tor$ue de paso y de retencin. En la tabla se muestran los valores de voltaje $ue deben suministrarse al motor para la realiAacin de los pasos(
Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D 1
+V
+V
-V
-V
-V +V Ta/,a 1)2 Se#ue#ia !ra, +V de $as!s $ara !"!res -V ui$!,ares.
3
-V
-V
+V
+V
4
+V
-V
-V
+V
%) Se#ue#ia de, Ti$! ae Drie En esta secuencia se activa solo una bobina a la veA. En algunos motores esto brinda un funcionamiento más suave, pero por otro lado al estar solo una bobina activada, el tor$ue de paso y retencin es menor. En la tabla 1 se muestran los valores $ue deben suministrarse al motor(
Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D 1
+V
-V
-V
-V
Ta/,a %) Se#ue#ia de drie de $as!s ui$!,ares. -V "i$! ae +V -V $ara !"!res -V 2 3
-V
-V
+V
-V
4
-V
-V
-V
+V
5.1 SERVOMOTORES Hn &ervo es un dispositivo pe$ue)o $ue tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una se)al codificada. *on tal de $ue una se)al codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la
posicin angular del engranaje. *uando la se)ala codificada cambia, la posicin angular de los pi)ones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pe$ue)os ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.
Fig. %&) Ser!!"!r
Los &ervos son sumamente Dtiles en robtica. Los motores son pe$ue)os, cuando usted observa la figura 64 de arriba, tiene internamente una circuitería de control interna y es sumamente poderoso para su tama)o. Hn servo normal o &tandard como el @&%244 de @itec tiene 61 onAas por pulgada o mejor 2Og por cm. 8e tor$ue $ue es bastante fuerte para su tama)o. #ambién potencia proporcional para cargas mecánicas. Hn servo, por consiguiente, no consume mucha energía. &e muestra la composicin interna de un servo motor en el cuadro de abajo. 7odrá observar la circuitería de control, el motor, un juego de pi)ones, y la caja. #ambién puede ver los 2 alambres de conexin externa. Hno es para alimentacin 5cc -P0volts/, conexin a tierra Q98 y el alambre blanco es el alambre de control.
Fig. %') Ser! Des!"ad!
CONTROL DEL SEROMOTOR Los servomotores hacen uso de la modulacin por ancho de pulsos -7RM/ para controlar la direccin o posicin de los motores de corriente continua. La mayoría trabaja en la frecuencia de los cincuenta hercios, así las se)ales 7RM tendrán un periodo de veinte milisegundos. La electrnica dentro del servomotor responderá al ancho de la se)al modulada. &i los circuitos dentro del servomotor reciben una se)al de entre 4,0 a ,6 milisegundos, este se moverá en sentido horario! entre ,; a 1 milisegundos moverá el servomotor en sentido antihorario! ,0 milisegundos representa un estado neutro para los servomotores estándares.
' continuacin se exponen ejemplos de cada caso(
Fig. %5) SeGa, de a#! de $u,s! !du,ad!.
Fig. %) M!"!r e se"id! !rari! 0e+e$,! 8>@ s).
Fig. %@) M!"!r eu"ra, 01>5s).
Fig. %6) M!"!r e se"id! a"i!rari! 0e+e$,! 1>6s).
5.11 MOTORES LINEALES El principio de funcionamiento del motor lineal permite obtener una forma de conversin de la energía cuyas ventajas se imponen en forma determinante en todos los sectores en donde están en juego fuerAas para traslacin! el motor lineal provee por sí mismo un esfuerAo de propulsin sin ningDn medio de transmisin mecánica y con solamente el vínculo electromagnético entre las partes fijas y mviles. 8e esta forma se elimina el recurso clásico de transformar el movimiento de rotacin del motor convencional en un movimiento lineal eliminando los conocidos problemas de los sistemas de transmisin y de adherencia en las ruedas motrices.
El principal inconveniente radica en el hecho de
$ue es más difícil mantener las distancias entre inductor e inducido $ue en los motores rotantes, y vale la plena recordar $ue el entrehierro
es lo $ue demanda la mayor
intensidad de campo para lograr la induccin necesaria. Los motores lineales tienen por lo general mayor tama)o y menor rendimiento $ue los motores rotantes de igual potencia.
Es fácil deducir $ue a pesar de su costo todavía demasiado elevado, estos tipos de motores permiten resolver diversos problemas ya sea en el campo del transporte como en de las má$uinas herramientas.
5.11.1 Ti-!% e M!"!#e% Line$)e%
La analogía $ue existe entre los motores rotantes y los motores lineales conduce obviamente a concebir las mismas familias de motores l as cuales son(
,!s !"!res de #!rrie"e #!"iua ,!s !"!res si#r:i#! ,!s !"!res asi#r:i#!s La dificultad causada por los contactos roAantes, conducen a preferir en la mayoría de los casos el motor lineal del tipo asincrnico.
5.1& APLICACIÓN DE LOS MOTORES ESPECIALES *omo hemos observado a lo largo de este documento Los Motores Especiales tienen una gran y amplia gama de aplicaciones desde la industria hasta nuestro hogar.
Los motores de induccin por ejemplo los de jaula de ardilla son muy comunes en los ventiladores domésticos, las lavadoras y en la ma$uinas%herramientas como taladros entre otros. Los motores jaula de ardilla de igual manera los encontramos por lo general en las licuadoras sin embargo no son la Dnica aplicacin $ue estos tienen. #ambién en la mayoría de ventiladores encontramos motores con capacitor de arran$ue y con capacitor permanente. *omo lo mencionamos anteriormente los servomotores tienen mucha utilidad en la robtica así como en la industria de la juguetería! es casual abrir un juguete electromecánico y encontrar servomotores.
CONCLUSIÓN En este trabajo aprendimos sobre los diferentes tipos de motores monofásicos de corriente alterna, su estructura, principio de funcionamiento, tipo y par de arran$ue, control de velocidad y potencia. 'hora $ue hemos ad$uirido el conocimiento de los diferentes tipos de motores monofásicos de corriente alterna, estamos capacitados para en determinado caso poder recomendar y elegir el tipo de motor para suplir la necesidad $ue se nos plantee, esto en base a características electicas y mecánicas. 8espués de haber estudiado este curso nos en encontramos tal veA no con todos, pero si con los conocimientos necesarios para poder identificar los diferentes tipos de motores de corriente alterna, esto observando sus constitucin física y revisando sus placas de características. @ablando del área científico%técnico, mediante las ilustraciones pudimos observar el fenmeno de par de arran$ue y el comportamiento de cada uno de los diferentes tipos de arran$ue.
