Motores Especiales y De Alta Eficiencia Motores
lineales. Motores sin escobillas. Motores paso a paso. Motores monofásicos. Motores Universales. Motores de alta eficiencia
MOTORES LINEALES En pocas palabras, un motor lineal es un motor rotatorio “desenrollado”, En un lenguaje mas técnico, un motor lineal esta compuesto por un elemento primario, donde se encuentran los devanados, y un elemento secundario que se extiende a lo largo de la distancia que se va a recorrer, aportando como ventaja la posibilidad de poder disponer de varios primarios sobre un mismo secundario.
MOTORES LINEALES Parámetro Velocidad máxima
Aceleración máxima
Rigidez dinámica Tiempo posicionado
Fuerza máxima Fiabilidad
Husillo a bolas
Motor lineal
0,5 m/s
2 m/s (3 ó 4 posible)
0,5 – 1 g
2 – 10 g
9 – 18 kgf/mm
6– 21 kgf/mm
100 ms
10 – 20ms
26.700 N
9.000 N/bobina
6.000 – 10.000 h
50.000 h
Ventajas
Se eliminan las desventajas de los accionamientos mecánicos, realizando la transmisión de la fuerza directamente por el campo magnético, lo que proporciona mayores valores de velocidad y aceleración, mayor ancho de banda del sistema de accionamiento y mayores valores del factor Kv, que dan una idea de la rapidez y calidad de respuesta del eje. El sistema es más preciso cuando se desplaza a altas velocidades, por lo que la calidad de la interpolación así como la velocidad y precisión en aplicaciones de contorneado se incrementan notablemente, reducción de los niveles de vibración, etc.
Desventajas
La necesidad de disipación del calor que se genera, lo que obliga el uso de sistemas de refrigeración y/o aislamiento térmico de los accionamientos para que puedan operar con precisión. Lo que incrementa los costos. Al no existir elementos de transmisión mecánica que amortigüen los cambios de carga repentinos o cualquier otro tipo de perturbación mecánica, hace que esta tarea tenga que realizarla el controlador electrónico, por lo que éste tiene que ser extremadamente rápido parta mantener la estabilidad.
the supply voltage of the respective drive system, 380 V–480 V
MOTORES PASO A PASO
Son un género especial de motores sincrónicos diseñado para girar un determinado número de grados por cada pulso eléctrico recibido por su unidad de control, este ángulo define el desplazamiento mínimo que puede conseguirse.
Funcionamiento
Ventajas
Larga vida. Velocidad de respuesta elevada (<1ms). Posicionamiento dinámico preciso. Reinicialización a una posición preestablecida. Frecuencia de trabajo variable. Funcionamiento sincrónico bidireccional. Sincronismo unidireccional en régimen de sobrevelocidad. Carencia de escobillas. Mientras que la integridad impulso-paso se aplica, el error no es acumulativo. El par máximo se produce para velocidades de impulso bajas. La corriente de arranque es baja. La inercia del motor es baja.
Desventajas
La eficiencia es baja. Las cargas deben analizarse cuidadosamente para obtener un funcionamiento óptimo del motor. Cuando la inercia de la carga es excepcionalmente alta, puede requerirse algún método de amortiguamiento.
MOTORES SIN ESCOBILLAS
Los motores “sin escobillas” están compuestos de forma similar a los motores “con escobillas” pero de forma inversa. Es decir, el rotor está compuesto por el eje y los imanes permanentes y en la carcasa o estator es donde se encuentra el bobinado del hilo conductor.
Ventajas
La forma en que están distribuidos los elementos de los motores sin escobillas aumenta la rapidez de disipación del calor y reduce la inercia del rotor. Al no tener escobillas la conmutación se controla de manera electrónica mediante el variador de velocidad, por lo que no se produce rozamiento mecánico ni pérdidas de energía y se consigue una eficiencia muy superior, aproximadamente un 90%, frente a un 60% de los motores con escobillas. También debido a esto los motores sin escobillas pueden alcanzar muchas más r.p.m. y con mucho más par, hasta cuatro o cinco veces más que los motores con escobillas, y a la vez con un ahorro de energía de hasta el 30 %. Además el calentamiento del motor es mínimo. La masa que gira es menor, casi la mitad, debido a que el rotor lleva los imanes, que son menos pesados que el bobinado en los motores clásicos, por lo que aceleran más rápidamente. Además el funcionamiento es más suave al reducirse las vibraciones. No se producen chispas eléctricas debido al roce de las escobillas con el conmutador, por lo que se eliminan las interferencias por "ruido" eléctrico. Requieren muy poco mantenimiento, casi nulo, además tienen una vida útil larga. Son mucho más livianos que los motores clásicos.
Desventajas
Solo están disponibles en tamaños pequeños, hasta 20W.
Comparación entre motor de corriente continua sin escobillas (Izq.) y motor de corriente continua convencional (Der.).
MOTORES MONOFÁSICOS Los motores monofásicos tienen un solo devanado en el estator, que es el devanado inductor. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW. Existen diferentes tipos de motores monofásicos, estos son casi idénticos entre si, excepto por la forma en que arrancan. Se clasifican en:
Motores de fase partida De arranque por capacitor Motor de fase partida con capacitor permanente Motor con capacitor de arranque y marcha
Motores de fase partida El motor de fase partida tiene dos grupos de devanados, el de trabajo y el de arranque. Ambos bobinados se conectan en paralelo y la tensión de la red se aplica a ambos. La corriente del devanado de arranque esta desfasada con respecto a la corriente del devanado de trabajo, como resultado de las diferentes reactancias de ambas bobinas.
Motores de fase partida El mecanismo de arranque utiliza un interruptor centrifugo que desconecta el devanado de arranque de la red cuando el motor alcanza el 75-80 % de su velocidad quedando conectado solo el bobinado de trabajo. El interruptor esta conectado en serie con el devanado de arranque por lo que al abrirse lo desconecta.
Motores con capacitor de arranque Es similar al motor de fase partida en su construcción excepto en que se conecta un capacitor en serie en el bobinado de arranque. La corriente que es liberada por el capacitor durante el arranque hace que el par de arranque de estos motores sea mas de dos veces mayor que uno de fase partida sin capacitor.
Motor de fase partida con capacitor permanente En estos motores tanto el devanado de trabajo como el de arranque tienen un capacitor en serie. Este método evita el uso de interruptor de arranque pero el par es menor en el arranque y trabajo. Este tipo de motor tiene un funcionamiento uniforme y se presta para hacer control de velocidad.
Motor con capacitor de arranque y marcha Este tipo de motor combina las ventajas de funcionamiento silencioso y de control de velocidad del motor de fase partida con capacitor permanente con el alto par de arranque del motor con capacitor de arranque. Se utilizan dos capacitores, el primero con el objetivo de obtener una fase partida permanente y las resultantes mejoras en las características de funcionamiento, y el segundo, que funciona de igual forma que el del motor con capacitor de arranque, con el propósito de mejorar el torque de arranque.
Desventajas de los motores monofásicos
Ventajas de los motores monofásicos
Se pueden alimentar entre una fase y el neutro o entre dos fases. No presentan los problemas de excesiva corriente de arranque como en el caso de los motores trifásicos de gran potencia, debido a su pequeña potencia, por tanto todos utilizan arranque directo.
Se caracterizan por sufrir vibraciones debido a que la potencia instantánea absorbida por cargas monofásicas es pulsante de frecuencia doble que la de la red de alimentación. "No arrancan solos", debido a que el par de arranque es cero. Por lo tanto se deben utilizar sistemas ideados para el arranque que se basan en provocar un desequilibrio entre los pares antagonistas que generan ambos campos magnéticos. Las principales realizaciones se basan en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofásico por un bifásico (que "arranca sólo").
MOTORES UNIVERSALES El esquema de conexiones y características de funcionamiento de un motor universal corresponden a las de un motor serie de potencia fraccional, de corriente alterna, por lo tanto se caracteriza por disponer de un fuerte par de arranque y la velocidad del rotor varía en sentido inverso de la carga. Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan en c.a. o en c.c.
Composición y funcionamiento Los motores universales tienen bobinado el estator y el rotor, cuentan con colector y sus dos bobinados están en serie, el colector y la escobillas actúan como un conmutador y mantiene al rotor girando mediante la acción de invertir los polos del campo respecto al de la armadura.
Aplicaciones de los motores universales El motor universal tiene la característica par-velocidad descendente, fuertemente empinada de un motor dc serie, de modo que no es adecuado para aplicaciones de velocidad constante. Sin embargo, por ser compacto y dar más par por amperio que cualquier otro motor monofásico, se utiliza en aplicaciones donde se requieren un peso ligero y alto par. Aplicaciones típicas de este motor son las aspiradoras eléctricas, los taladros y las herramientas manuales similares, así como los utensilios de cocina.
Roscadora eléctrica: con motor universal reversible de 1.020 W-2560 Hz
Ventajas
Pueden construirse para cualquier velocidad de giro y resulta fácil conseguir grandes velocidades, cosa que no puede conseguirse con otros motores de c.a. Funcionan indistintamente con c.c. y/o con c.a. Poseen un elevado par de arranque. La velocidad se adapta a la carga. Para regular la velocidad de giro basta con conectar un reóstato en serie con el inducido.
Desventajas
Contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica; es preciso entonces comprobar el desgaste del colector, de las escobillas, el envejecimiento de los muelles que las oprimen contra las delgas del colector, etc. El contacto deslizante entre colector y escobillas produce chispas que pueden perturbar el funcionamiento de los receptores de radio y de televisión que se encuentran en zona próxima al motor. Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos. Debido a que la velocidad del rotor varía en sentido inverso de la carga, pueden llegar a embalarse cuando funciona en vacío. Su inducido es de difícil reparación, casi siempre resulta más ventajoso sustituirlo por otro nuevo. La vida de las escobillas y el colector es corta, inconveniente que reduce mucho el campo de aplicación de los motores universales.
MOTORES DE ALTA EFICIENCIA Los motores de alta eficiencia empezaron a ser fabricados a mediados de la década de los 70 inicialmente en USA pero su aplicación se hizo masiva al llegar el año 2000 también en otros países industrializados. EEUU => Nema
Comunidad => Acuerdo Voluntario Europea Europeo
Eficiencia de los motores eléctricos.
Como: Potencia mecánica de salida = Potencia eléctrica de entrada – Pérdidas
Mejoras … Pérdidas por efecto Joule estator •Aumentar la cantidad cobre alojado en las ranuras del estator •Mayor tamaño de ranura •Disminuir cabeza de bobina
Pérdidas Magnéticas •Mejorar la calidad de la chapa magnética •Disminuir el grosor de las chapas que componen el empilado del motor •Mejorar los procesos de fabricación, evitar rebabas •Aumento entrehierro •Mejorar el factor de bobinado. •Aumentar el tamaño del empilado, longitud del paquete magnético
Pérdidas por efecto Joule en el rotor •Aumentar la inducción en el entrehierro •Aumentar tamaño de las barras conductoras del rotor •Aumentar la conductividad de las barras, utilizar rotores de cobre.
Mejoras … Pérdidas Mecánicas •Optimización de la ventilación: Utilización de ventiladores más eficientes •Disminuir las pérdidas por rozamiento: Utilización de rodamientos con bajo nivel de pérdidas y rodamientos más pequeños. •En muchos casos las perdidas mecánicas no son debidas al propio motor sino al sistema de transmisión. Este fenómeno se puede evitar controlando las tensiones de las transmisiones por correas. También hay que estudiar la posibilidad de sustituir el sistema por un variador de velocidad.
Pérdidas dependientes de la carga Joule y magnéticas •Modificación del número ranuras del rotor •Inclinación ranuras del rotor •Bobinado paso acortado •Devanado 2 capas •Conexión en triangulo/estrella •Grupos en paralelo •Tamaño espineta rotor •Resistencia transversal del rotor •Forma de les ranuras del rotor •Mejorando el mecanizado •Actuando sobre el entrehierro
No comprar el motor solamente por el precio de venta.
La diferencia de rendimiento hace que en tan sólo 128 días se ahorre la diferencia que costaría haber comprado un motor eff1. Para un valor del precio de energía eléctrica de 0,071238 Eur/kWh, por cada hora de utilización se ahorrarían 0,0376 Euros respecto a lo que se tendría que pagar con el motor eff2. Desde el punto de vista medioambiental, un ahorro de 0,528 kWh, significaría la disminución de emisiones en 0,311kg de CO2 por hora.
Ventajas
El hecho de que se tenga una eficiencia mayor significa que se disminuye los costos de operación del motor y se puede recuperar la inversión adicional en un tiempo razonable, sobre todo si se opera a una carga cercana a la potencia nominal, teniendo en cuenta que en un año el costo de la energía es aproximadamente seis veces el costo de compra del motor. Los motores de alta eficiencia poseen generalmente un menor deslizamiento (mayor velocidad de operación) que los motores de eficiencia estándar, debido a los cambios que se producen en los parámetros del motor. La mayor velocidad puede ser ventajosa en muchos casos, pues mejora la ventilación. Los motores de alta eficiencia son normalmente más robustos y mejor construidos que los motores estándar, lo que traduce en menores gastos en mantenimiento y mayor tiempo de vida.
Desventajas
El hecho de que los motores de alta eficiencia operan a una velocidad mayor, puede ocasionar un incremento en la carga, sobre todo cuando se accionan ventiladores o bombas centrífugas, este hecho debe valorarse en cada situación. El momento de arranque y el momento máximo son en algunos diseños ligeramente mayores y en otros ligeramente menores, por lo tanto es necesario analizar detalladamente en cada aplicación. La corriente de arranque suele ser mayor. Esto puede provocar que se sobrepasen los límites máximos de caída de voltaje en la red. También puede influir en la capacidad de los equipos de maniobra, aunque muchas veces se puede operar con los mismos que se usan con los motores estándar y en ocasiones sólo resulta necesario cambiar los elementos térmicos. El factor de potencia del motor puede ser menor que un motor estándar.
REFERENCIAS
http://www.metalunivers.com/arees/altavelo/tutorial/ideko/motoreslineale s.htm COLMENARES, Javier. Motores paso a paso. http://www.monografias.com/trabajos17/motor-paso-a-paso/motor-pasoa-paso.shtml ROJAS, Héctor Fabio. Material del clase Servoactuadores II. http://www.anser.com.ar/motoreselectricos1.htm Sempere, Vicente Simón. Motor de corriente continua sin escobillas. http://www.copitise.es/revista/articulos_tecnicos_05.htm Perales, Alfonso. LOS MOTORES SIN ESCOBILLAS. http://www.carbi.net/tecnica/newpage2.html CAPITULO 2. El motor monofásico de inducción. catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/salvatori_a_m/capitulo2. pdf Motores Universales. Ministerio De Educación Superior. Instituto Universitario De Tecnología Caripito. Venezuela. 2004. Quispe O., Enrique C. Motores Eléctricos de Alta Eficiencia. Universidad Autónoma de Occidente. Cali, Colombia. http://energiaycomputacion.univalle.edu.co/edicion21/21art2.pdf
