Motor monofásico de fase partida Motor de inducción monofásico Bobinado Jaula de ardilla Rotor Estator Tapas o Escudos Interruptor centrífugo FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA Arrollamientos estátoricos Deslizamiento BOBINAS Electromagnetismo Generación de la onda senoidal
MOTORES MONOFASICOS DE FASE PARTIDA Motor de inducción monofásico a 127 (F – N) o 220 (F – F) voltios, de potencia fraccionaria que se emplea para accionar aparatos como lavadoras, pequeñas bombas, maquinas herramientas (tornos, fresadoras, cepillos) ventiladores, secadoras, pequeños compresores (refrigeradores, climas de ventana). Este motor consta de cuatro partes principales que son: 1. Una parte llamada rotor 3. Dos escudos o tapas, sujetos a la carcasa del estator mediante tornillos o pernos.
2. Una parte fija llamada estator. 4. Un interruptor centrifugo dispuesto en el interior del motor.
Este motor está provisto de tres arrollamientos independientes. Uno de estos se encuentra en el rotor, y se designa con el nombre de Jaula de ardilla. Los otros dos se encuentran en el estator (bobinado de trabajo, bobinado de arranque).
Bobinado Jaula de ardilla: Se compone de una serie de barras de cobre de gran sección, que van alojadas dentro de las ranuras del paquetes de chapas rotórico; dichas barras están soldadas por ambos extremos a gruesos aros de cobre, que las cierran en corto circuito. La mayoría de los motores de fase partida llevan, sin embargo, un arrollamiento rotórico con barras y aros de aluminio, fundido en una pieza. (ROSEMBERG pag. 6)
Rotor El rotor se compone de tres partes fundamentales. La primera de ellas es el núcleo, formado por un paquete de láminas o chapas de hierro de elevada calidad magnética aisladas entre sí con Carlite, para reducir las perdidas por corrientes parasitas. La segunda es el eje, sobre él cual va ajustado a presión el paquete de chapas. La tercera es el arrollamiento llamado "de jaula de ardilla" que consiste en una serie de barras de cobre de gran sección, alojadas en sendas ranuras axiales practicadas en la periferia del núcleo y unidas en cortocircuito mediante dos gruesos aros de cobre, situados uno a cada extremo del núcleo. En la mayoría de los motores de fase partida el arrollamiento rotórico es de aluminio y está fundido de una sola pieza. El rotor Es la parte giratoria y el inducido en los motores de inducción.
Estator: se compone de un núcleo de chapas de acero con ranuras semicerradas, de una pesada carcasa de acero o de fundición dentro de la cual está introducido a presión el núcleo de chapas, y de dos arrollamientos de hilo de cobre aislado alojados en las ranuras y llamados respectivamente arrollamiento principal o de trabajo y arrollamiento auxiliar o de arranque. En el instante del arranque están conectados uno y otro a la red de alimentación; sin embargo, cuando la velocidad del motor alcanza un valor prefijado el arrollamiento de arranque es desconectado automáticamente de la red por medio de un interruptor centrífugo montado en el interior del motor.
Tapas o
Escudos. Los escudos o placas terminales están fijados a la carcasa del estator por medio de tornillos o pernos, su misión principal es mantener al eje del rotor en posición invariable. Cada escudo tiene un orificio central previsto para alojar el cojinete, sea de bolas o de deslizamiento, donde descansa el extremo correspondiente del eje rotórico. Los dos cojinetes cumplen las siguientes funciones: sostener el peso del rotor, mantener a éste exactamente centrado en el interior del estator, permitir el giro del rotor con la mínima fricción y evitar que el rotor llegue a rozar con el estator.
Interruptor centrífugo El interruptor centrífugo va montado en el interior del motor. Su misión es desconectar el arrollamiento de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada. El funcionamiento de un interruptor centrífugo es el siguiente: mientras el rotor está en reposo o girando a poca velocidad, la presión ejercida por la parte móvil del interruptor mantiene estrechamente cerrados los dos contactos de la parte fija. Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75 % de su velocidad de régimen, la parte giratoria cesa de presionar sobre dichos contactos y permite por tanto que se separen, con lo cual el arrollamiento de arranque queda automáticamente desconectado de la red de alimentación.
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA. El motor de fase partida está generalmente provisto de tres arrollamientos independientes, todos ellos necesarios para el correcto funcionamiento del mismo. Uno de éstos se halla en el rotor, y se designa con el nombre de arrollamiento de jaula de ardilla. Los otros dos se hallan en el estator, cada uno está subdividido en cuatro secciones (polos).
Arrollamientos estatóricos Son los siguientes: 1, un arrollamiento de trabajo o principal, a base de conductor de cobre grueso aislado, tiene baja resistencia y alta inductancia, dispuesto generalmente en el fondo de las ranuras estatóricas, y 2, un arrollamiento de arranque o auxiliar, a base de conductor de cobre fino (delgado) aislado, tiene mucha resistencia y poca inductancia, situado normalmente encima del arrollamiento de trabajo. Ambos arrollamientos están unidos en paralelo. En el momento del arranque uno y otro se hallan conectados a la red de alimentación. Cuando el motor ha alcanzado aproximadamente el 75 % de su velocidad de régimen, el interruptor centrífugo se abre (figura 1.14 b) Y deja fuera de servicio el arrollamiento de arranque; el motor sigue funcionando entonces únicamente con el arrollamiento de trabajo o principal. Durante la fase de arranque, las corrientes que circulan por ambos arrollamientos crean un campo magnético giratorio en el interior del motor. Este campo giratorio induce corrientes en el arrollamiento rotórico, las cuales generan a su vez otro campo magnético. Ambos campos magnéticos reaccionan entre sí y determinan el giro del rotor. El arrollamiento de arranque sólo es necesario para poner en marcha el motor, es decir, para engendrar el campo giratorio. Una vez conseguido el arranque del motor ya no se necesita más, y por ello es desconectado de la red con auxilio del interruptor centrífugo.
En el estator se aloja el bobinado capaz de crear un campo magnético suficiente para producir el giro del rotor. La velocidad del rotor es siempre inferior a la velocidad del campo magnético giratorio (rotórico). Para que en los conductores del rotor se pueda generar una FEM, es necesario que entre los conductores del rotor y la velocidad del campo giratorio del estator exista una diferencia de velocidad. A esta diferencia de velocidad se le llama deslizamiento. f = frecuencia c.p.s.
p=
numero de pares de polos. BOBINAS.- Son las formadas por un número determinado de espiras cerradas que tienen un principio y un final. Las bobinas se componen de los lados activos y las cabezas.
GENERACIÓN DE LA ONDA Senoidal (inducción de una FEM en un conductor que gira 360° en el interior de un campo magnético).
En un conductor por él que circula una corriente eléctrica se genera alrededor un campo magnético que cambia de magnitud y sentido con la corriente alterna, lo que no sucede con la corriente directa.
0° - 90° la corriente incrementa su magnitud de cero a un valor máximo. El campo magnético que rodea al conductor se expande al mismo tiempo, de cero a un valor máximo 90° - 180° la corriente disminuye su magnitud, el campo magnetico también lo hace al mismo tiempo 0°, 180°, 360° la corriente y el campo magnético su magnitud es cero.
180° – 270° se invierte el sentido de la corriente e incrementa su magnitud de cero a un valor máximo . El campo magnetico que rodea al conductor se expande de cero a un valor máximo. 270° - 360° la corriente disminuye su magnitud, el campo magnetico también lo hace al mismo tiempo 90°, 270° la magnitud de la corriente y el campo magnético es máximo.
Electromagnetismo en un conductor: La dirección del campo magnético depende de la dirección del flujo de corriente (dirección electrónica - → +), regla de la mano izquierda, si se cierran los dedos alrededor del conductor y el pulgar señala la dirección del flujo de la corriente eléctrica, entonces los dedos restantes indicaran la dirección del campo magnético.
IDENTIFICACION Y LOCALIZACIÓN DE AVERIAS (ROSEMBERG pag. 7) Cuando un motor deja de funcionar correctamente, conviene seguir una serie de pruebas y ensayos con objeto de descubrir la clase exacta de avería que sufre el motor. Tales pruebas dan a conocer rápidamente al operario especializado si las reparaciones son de poca importancia, como por ejemplo substituir los cojinetes, el interruptor o las conexiones, o bien más importantes, como por ejemplo un rebobinado parcial o total.
gran capacidad de carga, asegurando una vida y resistencia a la fatiga prolongadas. Se han venido utilizando en la mayor parte de las aplicaciones a alta velocidad y en la mayoría de la más pequeña maquinaria de proceso. Los principales componentes de un rodamiento incluyen: Pista exterior. Pista interior. Caja. Elementos de rodadura.
Serie de pruebas a ejecutar Las pruebas necesarias para identificar y localizar las posibles averías de un motor se detallan a continuación por el orden lógico con que es preciso ejecutadas. 1. Inspeccionar visualmente el motor con objeto de descubrir averías de índole mecánica (escudos resquebrajados o rotos, eje torcido, conexiones interrumpidas o quemadas, base del motor fisurada, ventilador roto, rodamientos dañados; averías eléctricas como masa a tierra, corto circuito de espiras, corto circuito en caja de conexiones, excesiva caída de tensión, etc.). 2. Los COJINETES pueden clasificarse en dos tipos: a) cojinetes de deslizamiento (casquillos) b) cojinetes de rodadura (rodamientos) El rozamiento por rodadura que presentan los rodamientos es mucho más reducido que el rozamiento por deslizamiento de los casquillos; de allí se derivan una serie de ventajas al utilizar rodamientos frente a la utilización de casquillos, entre las que podemos señalar 1. Escaso rozamiento, sobre todo en el arranque. 2. Mayor velocidad admisible. 3. Menor consumo de lubricante (algunos vienen lu bricados de por vida). 4. Menor costo de mantenimiento. 5. Menor temperatura de funcionamiento. 6. Menor tamaño a igualdad de carga. 7. Reducido desgaste de funcionamiento. 8. Facilidad y rapidez de recambio. 9. Gran capacidad de carga. Los rodamientos de bolas Son adecuados para alta velocidades, alta precisión, bajo par torsional, baja vibración. Rodamientos de rodillo pueden ser de cilíndricos, cónicos, de aguja. Se caracterizan por tener una
VIBRACION DE LOS COJINETES. Un cambio en la vibración básica de una máquina, suponiendo que está funcionando en condiciones normales, será indicativo de que algún defecto incipiente se está dando en alguno de sus elementos, provocando un cambio en las condiciones de funcionamiento de la misma. Diferentes tipos de fallos dan lugar a diferentes tipos de cambios de la vibración característica de la máquina, pudiendo ayudar a determinar tanto la fuente del problema, como advirtiendo de su presencia.
Para comprobar si los cojinetes se hallan en buen estado. Para ello se intenta mover el eje hacia arriba y hacia abajo dentro de cada cojinete. Todo movimiento en estos sentidos indica que el juego es excesivo, o sea que el cojinete está desgastado. Seguidamente se impulsa el rotor con la mano para cerciorarse de que puede girar sin dificultad. Cualquier resistencia al giro es señal de una avería en los cojinetes, de una flexión del eje o de un montaje defectuoso del motor (figs. 1.92 y 1.93). En tales condiciones es de esperar que se fundan los fusibles en cuanto se conecte el motor a la red. ANALIZADOR DE VIBRACION Estetoscopio electrónico para utilizar en inspecciones, mantenimiento y reparación, funciona con un transductor piezo eléctrico, con auriculares. se utiliza para localizar ruidos antes de que las maquinas o instalaciones dejen de funcionar
ESTETOSCOPIO ELECTRONICO
3. Verificar si algún punto de los arrollamientos de cobre está en contacto, por defecto del aislamiento, con los núcleos de hierro estatórico o rotórico. Esta operación se llama prueba de tierra o de masa, y se efectúa mediante una lámpara de prueba. 4. Una vez comprobado que el rotor gira sin dificultad. La prueba siguiente consiste en poner el motor en marcha. Para ello se conectan los bornes del motor a la red de alimentación a través de un interruptor adecuado, y se cierra éste por espacio de algunos segundos. Si existe algún defecto interno en el motor puede ocurrir que se fundan los fusibles, que los arrollamientos humeen, que el motor gire lentamente o con ruido, o que el motor permanezca parado. Cualquiera de estos síntomas es indicio seguro de que existe una avería interna (por regla general, un arrollamiento quemado). Entonces es preciso desmontar los escudos y el rotor e inspeccionar más detenidamente los arrollamientos. Si alguno de ellos está francamente quemado no será difícil identificarlo por su aspecto exterior y por el olor característico que desprende.
CONEXIÓN ELÉCTRICA DE UN COMPRESOR DE REFRIGERACION (motor de fase partida)
C = terminal común. S = terminal del bobinado de arranque. R = terminal de relevador. DIAGRAMA ELECTRICO.
RELEVADOR DE CORRIENTE.
Para proporcionar una protección adicional en caso de que interruptor centrifugo no abra en los motores de fase partida, se puede incorporar un relevador de corriente en adicción o en lugar del interruptor centrifugo. Evitando que el devanado de arranque se queme. En el inicio de la marcha del motor, la corriente de arranque se encuentra en el rango del 300 al 600 %
de la corriente normal de operación (IN ), esta
corriente elevada circula a través del devanado de trabajo y de la bobina de corriente del relevador, produciéndose un campo magnético intenso en el relevador, la fuerza de atracción ejercida sobre la armadura móvil es intensa venciendo a la fuerza del resorte, ésta acción cierra los contactos móviles con los fijos, los cuales cierran el circuito del devanado de arranque, iniciándose el giro del rotor, al incrementarse la velocidad disminuye la corriente de arranque del devanado de trabajo, debilitándose el campo magnético, la fuerza de atracción sobre la armadura disminuye, la fuerza del resorte vence y abre los contactos desconectando al devanado auxiliar, quedando funcionando únicamente el devanado de trabajo.
Sistema de numeración normalizado para un motor de fase partida que tiene un devanado de trabajo (principal) y un devanado auxiliar (de arranque). T1 – azul T2 – blanco. T3 – naranja. T4 -- amarillo
CONEXIONES DEL MOTOR DE FASE PARTIDA. La National Electrical Manufacturer Association (NEMA), de los Estados Unidos, tiene una numeración normalizada y un código de colores que ha sido adoptada por varios países y que facilita la identificación de las terminales del motor. El numero de cada conductor o terminal se identifica con una letra T y se le asigna un color como se muestra en la figura.
Sistema de numeración normalizado para un motor de fase partida (monofásico) con protección térmica. T5 – negro. T8 – rojo. P1 – sin color asignado. P2 – café.
Rodamientos Los rodamientos (de bolas o rodillos) se han venido utilizando en la mayor parte de las aplicaciones a alta velocidad y en la mayoría de la más pequeña maquinaria de proceso. Los principales componentes de un rodamiento incluyen: _ Pista exterior. _ Pista interior. _ Caja. _ Elementos de rodadura AISLAMIENTOS Los conductores de cobre para bobinas
están formadas de alambre magneto recubiertos con una película de material aislante. Es necesario que esta capa ocupe poco espacio y que pueda resistir los efectos de un calentamiento considerable y continuo. Los materiales aislantes que protegen conductores ranuras y otras partes del motor se clasifican en función de su resistencia térmica. En motores y generadores se utilizan las cuatro clases siguientes: Clase A (105 °C). Clase B (130 °C). Clase F (155 °C). Clase H (180°C). Alambre magneto: Clase A resina polivinilica, resistencia a la abrasión y flexibilidad. Clase B película de poliuretano y recubrimiento exterior de nailon o fibra de vidrio. Clase F y H fibras de vidrio aglomeradas con siliconas u otros materiales Ranuras: papel de trapo, Mylar Clase A Combinación Dacron – Mylar Clase B y F. Papel nilón Clase B hasta H
cortocircuitos en los bobinados del estator, rodamientos dañados, excentricidad y desbalanceo en el rotor, rotura de barras y anillos en el rotor, problemas de ventilación
prueba el buen ajuste delos escudos ala carcasa por el sonido limpioque se emite al golpearlo con un mazo de madera o de plomo.Cuando el escudo no se adapta bien ala carcasa, se aflojan los tornillosy toca volverlos a colocar de nuevo.h. Roce del rotor con el estator.Puede ser ocasionado por cojinetes desgastados, o si el eje del rotor estatorcido. i.
A. Sobrecarga excesiva. Sí la sobrecarga de un motor asíncrono sobrepasa cierto limite no logra arrancar. Si al disminuir la carga bel motor arranca bien y funciona normalmente, es que la sobrecarga era excesiva.En las condiciones de arranque, o sea el motor parado la corriente atraviesa los arrollamientos es muy elevada, si el rotor no inicia el giro, no se debe mantener la conexión ala red, de lo contrario, se pueden destruir los bobinados. Si el motor no arranca por exceso de sobrecarga, no queda otra solución que disminuir la carga, utilizar otro motor de mayor potencia o de par de arranque mas elevado, o bien si es factible, introducir modificaciones oportunas en el circuito de rotor(por ejemplo, disminuir las resistencias del reóstato de arranque ; o en los motores de jaula de ardilla , tornear losanillos de cortocircuito para disminuir la sección de los mismos). B. Montaje defectuoso de maquina. Los efectos de montaje suelen ocasionar ruidos mecánicos y marchainregulares del motor. Los ruidos anormales de origen mecánico puedendistinguirse fácilmente de los motivados por anomalías eléctricas.Para diferenciarlos hasta, una vez que el motor a alcanzado la velocidadde régimen, desconectar la maquina dela red ;si el ruido anormal persiste,solo puede tener una causa mecánica(entre hierro irregular , cuerposextraños en el entre-hierro, polea de transmisión, etc…).g. Los escudos.Deben adaptase perfectamente a la carcasa del motor por que d contrariolos cojinetes no quedan alineados y el eje podría doblarse o loscojinetes desgastarse.Se
Cojinetes demasiado ajustados.La falta de engrase, o un aceite defectuoso (sucio, o de mala calidad)pueden ocasionar el sobrecalentamiento delos cojinetes y eldebilitamiento y ello el apriete excesivo de los mismos, que atenazan eleje. j. Chapas mal apretadas.Chapas del paquete del estator, así como las del rotor, deben estar fuertemente comprimidas; de lo contrario varían las conexionesmagnéticas de maquina y el motor absorbe una intensidad de la corriente excesiva. k. Escobillas mal ajustadas .Si las escobillas no resbalan bien en su pota escobillas, se puedenproducir chispas, dúrate la marcha del motor , que acabaran en inutilizar los anillos rasantes.Este defecto se puede comprobar a simple vista, con el motor en marcha.Las escobillas deben deslizarse en sus alojamientos sin dificultad, perosin excesivo juego.l. Anillos rasantes picados o desgastados.La superficie de contacto de los anillos rasantes debe estar bientorneada y rectificada, para que presenten una sec ción pulida yconcéntrica con el eje del rotor.Si los anillos rozantes están picados, pued en ocasionar saltar chispasde las escobillas cuando el rotor gira.m. Barras del rotor flojasEn los motores con rotor de jaula, están las barras en cortocircuito enambos extremos por medio de los aros de cobre, si una o varias barrasse aflojan y no establecen bien un contacto con los aros, el motor nofunciona con normalidad y en algunos casos el rotor no gira ; una barrafloja pude localizarse por pura inspección. Syed A, Nasar. Maquinas eléctricas y electromecánicas. Editorial McGraw-Hill. -.
Charles S, Siskind. Electrical Machines . International Student Edition. Second Edition
Cuestionario de Maquinas Eléctricas 2. Nombres:Fernando Arévalo, Jorge Escobar, Juan Pablo Pesantez.Fecha:27/03/2012Capitulo 9.1.
¿En qué consiste la regulación de velocidad de un motor DC?Consiste en el aumento o disminución de la velocidad que se ve alterada por lasvariaciones de la carga, razón por la cual puede ser regulación negativa o positivade la velocidad.
Debemos tener en cuenta que será negativa cuando la velocidad disminuye alaumentar la carga y será positiva cuando la velocidad disminuye con el aumento dela carga.2.
¿Cómo puede ser controlada la velocidad de un motor DC en derivación? Expliqueen detallesLa regulación de velocidad en un motor DC en derivación consiste en el control delos siguientes parámetros:1.
por medio del ajuste del voltaje de los bornes.2.
por medio de la corriente de excitación.3.
por medio de una resistencia variable en el inducido.
3.¿Cuál es la diferencia práctica entre un motor DC de excitación separada y uno enderivación?Se podría decir que la diferencia es que un motor DC con excitación separada es unmotor cuyo circuito de campo es alimentado por una fuente de potencia separada devoltaje constante, mientras que un motor DC en derivación es aquel cuyo circuito decampo obtiene su potencia directamente de los terminales del inducido del motor.
