UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL INGENIERÍA MECÁNICA
Ingeniería Ing. Mecánica Ing. Fidel Rios Noriega
* Castillo Cuadra Yúnior
RE CONO CONOCI CI MI E NTO DE MOTOR MOTOR TI PO JAULA DE ARD I LLA
Contenido INTRODUCCIÓN.......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ........................... .... 1 MARCO TEORICO ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. ....................... 2 SÍNCRONOS ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ....................... 2 ASÍNCRONOS O DE INDUCCIÓN ........................................... .................................................................. .............................. ....... 2
OBJETIVOS. ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. .................................. ........... 8 - Que el alumno conozca el principio de funcionamiento de los motores asíncronos trifásicos de rotor en cortocircuito o de Jaula de ardilla. - Que el alumno reconozca las diferentes partes que conforman al motor mediante el montaje y desmontaje del mismo, así como identificar bobinados de arranque y trabajo. EQUIPOS Y MATERIALES ........................................ .............................................................. ............................................ ................................ .......... 14 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA .......................................... ................................................................. .................................... ............. 16
Conclusiones............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ................................ ......... 18 Recomendaciones Recomendaciones ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. ........................... 18 Anexo ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ........................................... ..................... 19 Bibliografía .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ .................................... .............. 19
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INTRODUCCIÓN
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), según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla 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 condensador, 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, 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, depende de la inducción. Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos.
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MARCO TEORICO
En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del estator. Consiste de un inductor alimentado por corriente continua, también denominado devanado de excitación o de campo, que está situado en el rotor. En el estator se encuentre el inducido alimentado por corriente trifásica. Este puede utilizarse como generador aplicándole fuerza mecánica rotativa por el eje y corriente continua al inductor, de esta forma se obtiene energía eléctrica en el estator.
Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.
3 Están constituidos por un devanado inductor, situado en el estator, por el cual se introduce una corriente alterna, este devanado puede ser trifásico o monofásico, en el caso de motores de más de 1 HP normalmente es trifásico. El devanado inducido está ubicado en el rotor, este puede ser del tipo devanado (monofásico o trifásico, de acuerdo al estator) o jaula de ardilla. En éste el campo giratorio del estator induce FEMS y al estar en cortocircuito (jaula de ardilla) o cerrado por medio de un reóstato de arranque (rotor devanado o con anillos) aparecen corrientes en el rotor que al reaccionar con el campo giratorio del estator producen el giro del rotor a una velocidad cercana y menor a la del campo giratorio del estator.
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TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES SEGÚN LA CONSTRUCCIÓN DEL ROTOR
JAULA DE ARDI LLA
Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas) Monofásicos
Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de trabajo.
Motor de arranque a condensador. Posee un condensador electrolítico en serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia.
Motor de marcha.
Motor de doble condensador.
Motor de polos sombreados o polo sombra.
5 Trifásicos
Motor de Inducción. La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.
Rotor D evanado
El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar, hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.
Monofásicos
Motor universal Motor de Inducción-Repulsión. Motor de fase partida Motor por reluctancia Motor de polos sombreados Trifásicos
Motor de rotor devanado. Motor asíncrono Motor síncrono
6 USOS
Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras.
CAMBIO DE SENTIDO DE GIRO
Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:
Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque
Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia.
REGULACIÓN DE VELOCIDAD
En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motores de devanado separado, o los motores de conexión Dahlander.
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CONEXIONES A MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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OBJETIVOS. - Que el alumno conozca el principio de funcionamiento de los motores asíncronos trifásicos de rotor en cortocircuito o de Jaula de ardilla. - Que el alumno reconozca las diferentes partes que conforman al motor mediante el montaje y desmontaje del mismo, así como identificar bobinados de arranque y trabajo. MotordeRotorenCortocircuito(“JauladeArdilla”)
El motor de rotor en cortocircuito es el de construcción más sencilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más económica. Su único inconveniente es de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento. Su constitución la podemos ver en la siguiente figura.
9 Sección del motor de Jaula de ardilla
Las barras del devanado van conectadas a unos anillos conductores denominados anillos extremos. El bobinado así dispuesto tiene forma de jaula de ardilla.
a.- 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. La segunda es el eje, sobre el 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 cortocircuitos mediante dos gruesos aros de cobre
10 b.- ESTATOR
El 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 esta 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 de 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. c.- INTERRUPTOR CENTRIFUGO
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 tipo más corriente consta de dos partes principales, una fija y otra giratoria. La parte fija está situada por lo general en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva dos contactos, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar. En algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada en el interior del cuerpo del estator. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor.
El funcionamiento de un interruptor es el siguiente: mientras el rotor está en reposo o girando apoca 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.
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INTERRUPTOR CENTRIFUGO
ESTATOR BOBINADO Y ROTOR JAULA DE ARDILLA
12 FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES ASINCRONICOS
Se suspende un imán permanente de un hilo sobre una torna mesa de cobre o aluminio que gira en un cojinete colocado en una placa fija de hierro. El campo del imán permanente se completa así a través de la placa de hierro. El pivote debería estar relativamente sin fricción y el imán permanente debe tener la suficiente densidad de flujo. Cuando gira el imán en el hilo, se observará que el disco que está debajo gira con él, independientemente de la dirección de giro del imán. El disco sigue el movimiento del imán, como se muestra en la figura debido a las corrientes parásitas inducidas que se producen por el movimiento relativo de un conductor (el disco) y el campo magnético. Por la ley de Lenz, la dirección del voltaje inducido y de las corrientes parásitas consecuentes produce un campo magnético que tiende a oponerse a la fuerza o movimiento que produjo el voltaje inducido.
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F igura 2. Grafi co del F uncionamiento de un Motor de I nducción.
Las corrientes parásitas que se producen tienden a producir a su vez un polo S unitario en el disco en un punto bajo el polo N giratorio del imán y un polo N unitario en el disco bajo el polo S giratorio del imán. Por lo tanto, siempre que el imán continúe moviéndose, continuaráproduciendo corrientes parásitas y polos de signo contrario en el disco que está abajo. El disco, por lo tanto, gira en la misma dirección que el imán. Pero debe girar a velocidad menor que la del imán. Si el disco girara a la misma velocidad que la del imán, no habría movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético y no se producirían corrientes parásitas en el disco.
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EQUIPOS Y MATERIALES
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MOTOR ASÍNCRONO TIPO JAULA DE ARDILLA
1. Para la práctica respectiva utilizamos el motor tipo jaula de ardilla que se encontraba en el laboratorio de MAESTRANZA, gracias a la facilidad que nos brindó el docente del curso. 2. Se procedió a solicitar herramientas necesarias para la práctica al encargado del laboratorio de máquinas eléctricas (desarmadores, cables, alicates, pinzas, fuente de alimentación, transformadores, etc.).
3. Contando con las herramientas necesarias para la respectiva practica y recibiendo indicaciones del docente, se procedió a desarmar el motor tipo jaula de ardilla para poder observar sus partes internas y conocer sus funciones básicas que cumplen.
4. El docente realizó preguntas a cada uno de los integrantes del grupo sobre los conocimientos previos que tenían acerca de cada componente que se obtuvo al desarmar el motor tipo jaula de ardilla.
5. Se logró conocer que este tipo de motor tiene una parte interna que realiza el mismo principio básico de funcionamiento que un motor de combustión interna en la cual algunas de sus partes fueron una válvula pequeña, un pistón, una leva y un eje de transmisión.
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6. También pudimos visualizar el rotor que va ubicado en la parte central del estator y que posee un eje de transmisión con sus respectivos anillos en un extremo.
18 7. También se realizó algunas mediciones para determinar cuáles son los valores que toman las resistencias de bobinas de arranque y bobinas de trabajo.
Conclusiones
Hicimos el reconocimiento de las partes del motor ardilla y su funcionamiento. Relacionamos el principio de funcionamiento con los principios del magnetismo.
Recomendaciones
Si hablamos de motores del tipo de indicción o jaula de ardilla, se puede usar cualquiera de los motores la diferencia en que en un motor trifásico la corriente por fase va a ser menor (3 HP - 4,5 Amperes de corriente nominal) que el de un motor monofásico (3HP - 13 Amperes) si no puedes conseguir el motor monofásico y lo conectas a un variador de velocidad que tienen alimentación 220 Volts monofásica y salida trifásica de 220 Volt. El motor lo debes conectar en conexión triángulo
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Anexo El motor de rotor en cortocircuito es el
de construcción más sencilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más económica. Su único inconveniente es de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento.
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. La segunda es el eje, sobre el 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 cortocircuitos mediante dos gruesos aros de cobre, situados uno a cada extremo del núcleo. En la mayoría de los motores de fase partida el arrollamiento rotorico es de aluminio y esta fundido de una sola pieza.
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 esta 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 de 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.
INTERRUPTOR CENTRIFUGO
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 tipo más corriente consta de dos partes principales, una fija y otra giratoria. La parte fija está situada por lo general en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva dos contactos, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar. En algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada en el interior del cuerpo del estator. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor.
Bibliografía http://platea.pntic.mec.es/~jgarrigo/SAP/archivos/1eva/introduccion_motores_ca.pdf file:///E:/Descargas%20de%20Google%20Chrome%202016/LAB-4-MOTORJAULA-DE-ARDILLA.pdf http://www1.frm.utn.edu.ar/mielectricas/docs/APUNTES_MAQUINAS_ELECTRIC AS-_U_3_v1.1.pdf
