MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna: •
los motores síncronos
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los motores de inducción. El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica. La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la línea de potencia de corriente alterna. La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no puede utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético rotatorio. El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de ardilla que se usa con alimentación trifásica. Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico. Estos motores se denominan motores multifásicos o motores de condensador (o de capacidad capacidad), ), según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos monofásicos no tienen un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsión-inducción para las aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de condensa condensador, dor, pero disponen de un interruptor manual o automático que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador conmutador,, después de que el motor alcance una velocidad crítica. Los motores de repulsión-inducción se denominan así debido a que su par de arranque depende de la repulsión entre el rotor y el estator, y su par, mientras está en funcionamiento, funcionamien to, depende de la inducción. Los motores de baterías en serie con conmutadores, conmutadore s, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos. MOTOR DECORRIENTE ALTERNA
Máquina asíncrona trifásica: También son conocidas como máquinas de inducción. Su estator esta formado por un paquete de chapas aisladas montado en una carcasa con una serie de ranuras en su periferia donde se encuentran los hilos conductores que forman el bobinado del estator, formando tres bobinas que se corresponden a cada una de las tres fases. El rotor lo forman un apilamiento de chapas que forman un cilindro junto con el eje del motor, pero según se distribuya el inducido se distinguen dos tipos: •
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Rotor bobinado: En las ranuras de las chapas del rotor hay unos devanados iguales que los del estator formados por un gran número de espiras; los extremos de las bobinas de este devanado esta conectadas a tres anillos que se conectan al exterior mediante el contacto de tres escobillas Rotor de jaula de ardilla: En las ranuras del exterior están colocados los conductores que forman una serie de barras formando un cilindro cortocircuitadas en cada extremo con forma de jaula de ardilla El estator: Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero de calidad especial provistas de ranuras. Los bobinados están distribuidos en estas ranuras y forman un conjunto de bobinas desfasadas entre sí 120º. Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio:
El rotor:
Él es la parte móvil del motor. Esta situado en el interior del estator y consiste en un acoplamiento de chapas de acero que forman un cilindro solidario con el árbol del motor. El rotor del motor trifásico es atravesado por el campo giratorio engendrado en el estator. El arrollamiento rotórico puede ejecutarse como el estatórico en forma repartida, con las bobinas unidas en serie (rotor bobinado o con anillos rozantes); o también a base de barras (rotor de jaula o en cortocircuito). Estas barras, de aluminio inyectado a presión (las aletas de refrigeración hechas en la misma operación hacen masa con el rotor) están conectadas en paralelo y al mismo tiempo puestas en cortocircuito por medio de dos aros extremos. En uno y otro caso queda el arrollamiento rotórico en cortocircuito una vez el motor está en servicio. Igual que en el secundario de un transformador, en el arrollamiento rotórico se induce también una Fem., la cual, por estar éste cerrado sobre sí mismo, da lugar a la circulación de una corriente rotórica . La acción conjunta del campo giratorio y del campo debido a la corriente rotórica determina, como en todos los motores, un par de giro. Éste par arrastra al rotor en el sentido de rotación del campo giratorio y le comunica una velocidad muy próxima a la de sincronismo. Una vez el motor puesto en marcha se induce en el rotor, además de la tensión de reposo, una contra tensión producida por el movimiento de los conductores rotóricos en el campo giratorio. Con el motor en servicio, la tensión rotórica efectiva equivale pues solamente a la diferencia entre las dos anteriores. Si el rotor llegase a girar a la velocidad de sincronismo es evidente que ambas tensiones serían iguales (en magnitud), con lo cual la tensión rotórica efectiva resultaría nula. En tal caso no circularía tampoco corriente alguna por el rotor y desaparecería el par de giro. El motor trifásico funciona, pues, siempre algo rezagado con respecto a la velocidad de sincronismo: se dice que desliza. La diferencia entre esta última y la velocidad real del motor constituye la velocidad relativa de éste con respecto al campo. El motor trifásico es, por consiguiente, esencialmente asíncrono. A medida que la carga aumenta y con ella la corriente rotórica, va disminuyendo el número de revoluciones. Generación del campo giratorio: El campo magnético del motor asíncrono es también un campo giratorio. En el caso de un motor trifásico está generado por las tres corrientes desfasadas que circulan por el arrollamiento estatórico. Para que se genere el campo giratorio es preciso que los arrollamientos estén uniformemente repartidos en la periferia del estator, como lo están en el tiempo (es decir, en el orden de sucesión) las 3 corrientes de fase. En máquinas bipolares el ángulo entre bobinas correspondientes de cada fase deberá ser, por consiguiente, de 120º. Las 3 corrientes estatóricas del lugar entonces a 3 campos alternos, también desfasados 120º entre sí, cuya resultante es un campo magnético giratorio. Como en el rotor los polos son fijos y en estator la polaridad de los campos varía (está alimentado por corriente alterna), los polos fijos del rotor, siguen las variaciones de polaridad de los devanados del estator. Habrá efectos de atracción y repulsión de campos magnéticos que causará la rotación del rotor. HERRAMIENTAS PARA EMBOBINAR Herramientas para embobinar Nuestra tarea es buscar los métodos prácticos que más hemos usado y deshacer aquellos métodos imprácticos. Ahora señalaremos las herramientas adecuadas para llevar a cabo el trabajo de embobinar: He aquí una lista de herramientas para llevar a cabo nuestro trabajo de embobinar un motor:
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Pinzas de corte
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Pinzas de corte en la punta
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Pinzas de presión
Mazos
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Llaves españolas
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Llaves de allen
Navajas
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Martillo de goma
Micrómetro
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Tijeras
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Maquina embobinadora con contador de vueltas
Instrumentos de medición Para comprobar el buen funcionamiento de un motor o para detectar fallas se utilizan diferentes aparatos de medición como son el amperímetro, pinza amperimétrica, voltímetro, óhmetro Amperímetro El empleo del amperímetro en los talleres de reparación de motores es indispensable ya que su lectura demuestra las condiciones normales o anormales de los mismos siendo de recomendarse los de tipo de precisión con escalas de 0 a 25, 0 a 50 y 0 a 100. Estos aparatos tienen la ventaja de que se pueden trasladar a cualquier parte para prestar su servicio, o tenerlos instalados en un tablero de pruebas en un taller. El amperímetro se conecta en serie. Pinza amperimétrica Este instrumento es fácil de manejar, pues están provisto en su parte superior de una especie de mordaza metálica que se abre para colocar dentro de la misma la línea que se va a probar una vez que el conductor este dentro de la mordaza se cierra esta por medio de un simple moviendo y el aparato marca inmediatamente, el amperaje que esta pasando. Voltímetro Este aparato nos sirve para medir voltajes, también nos puede servir para detectar diferencias de voltaje entre fases. El voltímetro se conecta directo a la fuente que se desea probar. Funcionamiento y r eparación La importancia del funcionamiento de los motores se da por la gran necesidad que se tiene de ellos, la rapidez y eficacia con que se realice su reparación repercutirá ampliamente en el reconocimiento del buen trabajo. La reparación de un motor necesita de mucha atención conocimiento de materiales con respecto a su calidad, principalmente porque los materiales usados por los fabricantes son generalmente de excelente calidad. En cuanto al acabado la forma en que se encuentra el embobinado debe ser estéticamente muy bueno ya que la maquinaria que usan los fabricantes logra ensambles perfectos y difíciles de montar manualmente. Es por eso que se han desarrollado diferentes maneras de embobinado manualmente para facilitar la entrada del alambre a las ranuras del estator.
DESARROLLOS PARA EL EMBOBINADO Como desembobinar un mot or Para desembobinar un motor se necesita un martillo con un cincel o en su defecto un cortador afilado. El estator se debe colocar con un tope para que no se recorra hacia atrás cuando se golpee la corona con el cortador, para cortar las bobinas se coloca el estator con la parte contraria a la de las conexiones. El cincel se debe colocar al ras de la bobina y al comienzo de la ranura, con golpes uniformes la bobina quedara cortada y así sé ira recorriendo una por una hasta terminar con toda la circunferencia del embobinado. Para el siguiente paso con las bobinas cortadas al ras del laminado necesitaremos un botador que abarque el ancho de la ranura, ya que puede llegar a dañarse dentro de la ranura y dañar la formación del laminado. Así golpearemos firmemente hasta que logremos bajar poco a poco las bobinas dentro de las ranuras hasta tenerlo totalmente fuera. Como sacar los datos de un moto r Antes de proceder a destapar un motor es conveniente tomar nota de cuantas puntas salen y si trae algunas marcas en los cables como pueden ser números, colores, etc., para que al entregar un motor tenga el mismo número de puntas e identificaciones ya que en el momento de su instalación pueden surgir algunas problemas y provocar un mal funcionamiento ya que algunas veces la instalación de un motor es efectuado por personas diferentes y se basan por las marcas que el motor traía anteriormente. También se deberán hacer algunas marcas en las tapas para asegurarnos que la posición al cerrarlos sea la misma que tenía el motor cuando lo recibimos. Una vez que se han quitado todos los tornillos se recomienda guardarlos junto con piezas que se le hayan retirado agregando una nota para identificar a que motor corresponden para evitar confusiones posteriores. Ya abierto el motor se tomara el estator con la parte de las conexiones hacia arriba para así desatar los amarres y buscar todos los puntos de conexión, el paso de las bobinas, y bobinas por grupo, numero de grupos, tipo de embobinado, vueltas por bobina, después de hacer esto cortarlo, después contar numero de ranuras, largo de ranura calibre de alambre y tipo de aislamiento. La placa de datos también se deberá transcribir para hacer comparaciones al final del trabajo. Aisl amiento para emb obinados Los aislamientos en un embobinado son muy importantes ya que de estos depende que la parte eléctrica no tenga ningún contacto con la parte de hierro del motor que provocarían cortos, que serian peligrosos para el operador. Los aislamientos deben estar preparados para soportar determinadas temperaturas y proteger de humedad y polvo las bobinas. En los embobinados podemos encontrar varios tipos de aislamientos como son: Plásticos
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Barnices
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Papel
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Tubos o macarrón de cartón especial impregnados
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Tubos o macarrón de fibra de vidrio
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Aislantes a base de silicones (Barniz)
Para motores que trabajen en condiciones de temperatura que sobrepasen los 40 ºC se recomienda el uso de aislantes de tela de vidrio y barnices a base de silicones., este mismo tiempo de aislantes se recomienda donde el ambiente es húmedo. El aislante que es colocado entre las ranuras del estator lo podemos encontrar en tres tipos diferentes •
Papel pescado
Coreco
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Maullar
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También se usa el espagueti la descripción de este aislante es un tubo formado de resinas aislantes y fibra de vidrio, el cual sirve para aislar los puntos de conexión entre las bobinas. Barniz para acabado: Este se usa cuando se está seguro que el motor se encuentra listo para trabajar y ya se han hecho las pruebas correspondientes que comprueben su buen funcionamiento, ya que este barniz al secar hace que los alambres queden sujetos entre si endureciendo las bobinas, esto evita ruidos por alambres sueltos, vibración de un embobinado, y además actuar como una capa protectora además de dar una buena presentación de acabado a el embobinado. Tejas de papel cartón: Se colocan sobre la parte superior descubierta de la bobina y las paredes de la ranura., estas asientan las bobinas y al mismo tiempo las aprietan hacia el fondo de la ranura, también las protegen de un posible rozamiento con el rotor. Alambre magneto: Este alambre está provisto de un barniz aislante que evita los cortos entre un alambre con otro. •
Colocación de aislantes en el estator
Para este caso usaremos las tejas de papel cartón el cual es como una teja plástica en presentación de diferentes calibres. Podemos tomar una muestra del embobinado anterior y basarnos a esa medida, pero en muchas ocasiones no queda ninguno en buen estado, de tal modo que cortaremos un pedazo aproximado e introducirlo en la ranura entonces estaremos con la altura adecuada de modo que no salga de la ranura.
Para delimitar el largo del aislante se debe dejar después de la ultima lamina según sea el tamaño del motor en este caso dejaremos 10 mm de sobrante de cada lado para que más adelante hagamos una pestaña para que el aislante no se mueva ni se recorra a la hora en que estemos introduciendo el alambre. De esta manera tendremos ya una muestra de la cual tomaremos las medidas tanto de largo como de ancho. Nuestra medida deberá ser de 10cms, de largo por 2 cm de ancho. Una vez marcado la tira la cortaremos ya sea con una navaja o tijeras a esta tira le mediremos 5mm de cada lado para hacer un medio corte con una navaja. Ahora podemos cortar individualmente cada aislador, con el cortador antes mencionado ajustaremos la medida de 2 cm que es el ancho de nuestro aislador. Asi obtendremos los 24 aislantes que necesitamos para nuestro motor.
A cada uno de los aisladores le doblaremos el medio corte hacia un mismo lado de los dos extremos. Con el sobrante de nuestra tira haremos lo que se conoce por los técnicos como caballetes que son tiras de aislantes que sirven para cubrir las bobinas en su parte exterior antes de las tejas de papel cartón Estos se hacen tomando la mitad de la medida de ancho de nuestros aisladores anteriores., así es que si media 2 cm de ancho esta medirá 1 cm de ancho, una vez cortados se deberá hacer un dobles de modo que estén redondeados tal y como se muestra en la figura . De esta manera nuestro estator estará listo para recibir las bobinas.
Calculo necesarios p ara embobinar el motor: Tenemos que embobinar de tres formas diferentes nuestro motor comenzamos por uno trifásico con estas características: 1º motor: K:24 Kpq: 4 m: 8 2P: 2 Nº de grupos: 2 Y: 1 9 17 q:3 u: 2 Calculo de kpq : Kpq: : : 4 Calculo de U: U: : : 2 Calculo de m: m: : : 8 Calculo de Y: Y: : Y: 1 9 17 Después de realizar el embobinado y colocarlas según el esquema que vemos a continuación. Comenzamos con las medidas de aislamiento para saber si tenemos algún cable que nos toca con el estator. Después las puntas las puntas de los conductores las conectamos en estrella y en triangulo. A la hora de probarlo mediremos las rpm que da el motor y vemos que nos dan un numero de revoluciones de 2890 vueltas. De esto concluimos que tenemos un motor asíncrono.
2º motor: K:24 Kpq: 2 m: 4 2P: 4 Nº de grupos: 2 Y: 1 5 9 q:3 u: 2 13 17 21 Calculo de kpq : Kpq: : : 2 Calculo de U: U: : : 2 Calculo de m: m: : : 4 Calculo de Y: Y: : Y: 1 5 9 13 17 21 Este motor además de montarlo así como vimos, lo tenemos que conectar con el esquema dahlander después de haber hecho las comprobaciones pertinentes y la conexión en estrella y en triangulo. A continuación veremos el esquema de montaje de las bobinas en el estator. •
Comenzaremos a crear el bobinado con las medidas dadas anteriormente
Cuando tengamos terminada la primera bobina la colocaremos en sus lugares sin alterar su orden •
Cuando tengamos introducido la primera bobina empezaremos a colocar la segunda bobina y realizaremos el mismo procedimiento que con la primera •
Después continuaremos con la de arranque que se realizaran con el mismo procedimiento que con las primeras bobinas •
Una vez introducidas todas las espiras en su lugar coseremos las bobinas por la parte donde no tenemos las conexiones. •
Realizaremos las conexiones de la bobina según el esquema. Soldaremos las puntas y después las aislaremos. •
Después de haber realizado las conexiones procederemos a coser la bobina intentando dejar las conexiones en el mismo lado. •
Haremos las pruebas de derivación con el Meger y comprobaremos si esta haciendo contacto con el estator •
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Conectaremos el motor a corriente y comprobamos si funciona.
CONEXIÓN DAHLANDER La conmutación de polos, cuando la relación de velocidades es distinta de 1:2, implica la existencia de dos devanados distintos. Los motores trifásicos de dos velocidades en esta relación, cabe hacer un devanado único de determinado número de pares de polos y sacar los puntos medios de las bobinas a la caja de bornes con el fin de hacer la llamada Conexión Dahlander (serie triángulo, doble estrella). En ella vemos que si la máquina tiene "p" pares de polos, conectada a la red tal como indica en la conexión triángulo, girará a un número de revoluciones dado por "p". Sin embargo al conectarlos en doble estrella, el número de polos se reduce a la mitad, pues las intensidades en cada una de las secciones de una misma fase se invierten, coincidiendo ahora el signo de polos que antes eran opuestos, y como consecuencia la velocidad se duplica. En la conexión Dahlander al pasar de triángulo a doble estrella, se cambia el sentido de sucesión de fases y si queremos que el motor siga girando en el mismo sentido, es necesario hacer la inversión en el montaje doble estrella, cambiando la fase T por S. En este tipo de motores (dependiendo del devanado) puede lograrse potencia constante, en cuyo caso cae el par con la velocidad alta, o bien se logra un par constante aumentando la potencia absorbida con al velocidad mayor.
Aquí podemos ver la conexión en triangulo y doble estrella del devanado de un motor Dahlander de 4 y 2 polos.
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Calculo necesarios para embobinar un motor mo nofásico 3º motor En este tipo de motores debemos saber que necesitamos 16 ranuras para las bobinas principales o de trabajo y 8 ranuras para el embobinado auxiliar. K:24 2P: 2 q:1 Calculo de kpq : Kpq: : : 12 Calculo de Up: Up:: : 4 Calculo de Ua: Ua:: : 2 Calculo de mp: Mp:: : 4 Calculo de ma:
Ma: : 8 Calculo de Y: Y: : 6 Y: 1 7 •
Comenzaremos a crear el bobinado con las medidas dadas anteriormente
Cuando tengamos terminada la primera bobina la colocaremos en sus lugares sin alterar su orden •
Cuando tengamos introducido la primera bobina empezaremos a colocar la segunda bobina y realizaremos el mismo procedimiento que con la primera •
Después continuaremos con la de arranque que se realizaran con el mismo procedimiento que con las primeras bobinas •
Una vez introducidas todas las espiras en su lugar coseremos las bobinas por la parte donde no tenemos las conexiones. •
Realizaremos las conexiones de la bobina según el esquema. Soldaremos las puntas y después las aislaremos. •
Después de haber realizado las conexiones procederemos a coser la bobina intentando dejar las conexiones en el mismo lado. •
Haremos las pruebas de derivación con el Meger y comprobaremos si está haciendo contacto con el estator •
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Conectaremos el motor a corriente y comprobamos si funciona.
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