Tema 49

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Relación de contenidos Relación de contenidos..................................................................1 Tema 49 Tecnología.........................................................................3 CONVERTIDORES ELECTROMECÁNICOS DE ENERGÍA............3 PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS ...6 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS MÁQUINAS ELECTRICAS DE CA.......6 ACOPLADOR ELECTROMAGNÉTICO..............................................................6

CONSTITUCIÓN GENERAL DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA DE CORRIENTE ALTERNA....................................................................8 Rotor:.................................................................................................................10 Tapa lado de transmisión:...............................................................................11 Tapa lado opuesto a transmisión:..................................................................11 Otros elementos constructivos:......................................................................11 Tipos estructurales de máquinas eléctricas..................................................11 Elementos constructivos del rotor.................................................................13 Estator................................................................................................................13 Caja de bornes..................................................................................................13 Dispositivos de toma de corriente para el rotor............................................13

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS ASÍNCRONOS, CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO..........14 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS ASÍNCRONOS, CON ROTOR BOBINADO.............15 El motor asíncrono trifásico en servicio.....................................17 Puesta en marcha de los motores asíncronos trifásicos..........19

Página 1 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Inversión del sentido de giro........................................................20 Regulación de la velocidad de las máquinas asíncronas........21 El motor monofásico de inducción..............................................22 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR MONOFÁSICO...............23

Puesta en marcha y funcionamiento del motor monofásico.. .24 Motores de fase partida...................................................................................24 CONEXIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO COMO MONOFÁSICO...................24

Motores trifásicos de colector......................................................25 Motor serie de colector....................................................................................25 Motor shunt de colector o motor derivación de colector.............................25 Motores con alimentación por el estator.......................................................26 Motores con alimentación por el rotor...........................................................26 Motor serie trifásico de colector.....................................................................27 Motores shunt trifásicos de colector alimentados por el estator...............27 Motores shunt trifásicos de colector alimentados por el rotor...................28

Motores monofásicos de colector...............................................29 MOTOR SERIE MONOFÁSICO SIMPLE DE COLECTOR..............................29 MOTOR SERIE MONOFÁSICO COMPENSADO DE COLECTOR.................30 Aplicaciones del motor monofásico de colector..........................................31

BIBLIOGRAFIA..............................................................................31

Página 2 de 33

Tema 49 Tecnología

Máquinas eléctricas de corriente alterna: funcionamiento y aplicaciones características.

constitución,

Elaborado por José Ángel Laredo García  Laredo 1999 - 2000

CONVERTIDORES ELECTROMECÁNICOS DE ENERGÍA Por máquina eléctrica, en general, entendemos toda máquina o aparato capaz de transformar en energía eléctrica otra forma cualquiera de energía o viceversa, así como también se incluye en esta definición a las máquinas que convierten la energía eléctrica en la misma forma de energía, pero bajo distinta naturaleza o de otras características más convenientes a su transporte o utilización. De acuerdo con esta definición podemos clasificar las máquinas eléctricas en tres categorías: 1º Generadores. Máquinas que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. 2º Receptores. Maquinas que realizan la función inversa a la anterior. Si la energía final es mecánica reciben el nombre de motores. 3º Transformadores y Convertidores. Máquinas que conservando la energía eléctrica bajo la misma forma, modifican sus características. El generador de energía eléctrica a partir de la energía mecánica es todavía la máquina más importante de los aparatos eléctricos. Dado que el proceso de la conversión de energía mecánica en eléctrica es siempre reversible, más que de generadores y motores se habla de convertidores electromecánicos de energía.

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Un dispositivo o aparato convertidor electromecánico de energía no es más que una conexión entre un sistema eléctrico y un sistema mecánico o viceversa. Todo convertidor electromecánico consta de tres partes

SISTEMA ELECTRICO

MOTOR

MEDIO DE ACOPLAMIENTO

SISTEMA MECÁNICO

GENERADOR

El proceso es reversible, aunque en él una parte de la energía es transformada en calor por el principio de la degradación de la energía. El acoplamiento entre uno y otro sistema tiene lugar por medio de campos eléctricos y magnéticos. De entre los principales fenómenos que pueden servir para este acoplamiento destacamos: 1º Inducción electromagnética. Si por un conductor situado en un campo magnético se hace circular una corriente eléctrica, se manifestará sobre él una fuerza mecánica F. El proceso es reversible, si varia el flujo magnético concatenado con un circuito eléctrico se induce en éste una fuerza electromotriz E. 2º Ferromagnetismo. Al situar un material forromagnético en el interior de un campo magnético se ejerce sobre él una fuerza que tiende a orientarlo según la dirección de máxima densidad de flujo. Cuando el campo magnético es producido por una corriente, el proceso de conversión de energía es reversible. La conversión electromecánica de la energía depende, en consecuencia, de la existencia en la naturaleza de fenómenos de interacción entre campos eléctricos y magnéticos, por una parte y de la manifestación de fuerza y movimiento, por otra. De los convertidores electromecánicos, los más importantes, por la magnitud de la energía puesta en juego, son las máquinas eléctricas rotativas que utilizan los fenómenos de inducción electromagnética y el ferromagnetismo. En la conversión electromecánica se cambia la energía mecánica en eléctrica y viceversa mediante los acopladores o transductores electromecánicos. Página 4 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Los acopladores o transductores electromecánicos, ver figura, son máquinas eléctricas dinámicas que conocemos con el nombre de generadores eléctricos y motores eléctricos. Los primeros son máquinas eléctricas dinámicas que convierten la energía mecánica que reciben en su eje en energía eléctrica que obtenemos en sus bornes. Los segundos convierten la energía eléctrica que reciben o absorben de la red en energía mecánica útil rotatoria que suministran por su eje. Tanto los generadores como los motores eléctricos se basan en la ley de inducción electromagnética de Faraday y en la de la fuerza magnética de Laplace. De ahí, que en cualquier máquina eléctrica aparecerán unas tensiones inducidas y unas fuerzas sobre los bobinados de la máquina. Las máquinas que producen corriente alterna se llaman generadores de inducción o alternadores. Son reversibles como motores síncronos, aunque se utiliza poco esta propiedad. Los motores de corriente alterna más utilizados son los asíncronos o de inducción y los de colector. (Las máquinas que producen corriente continua se llaman dinamos. Debido a su reversibilidad pueden funcionar como motores de corriente continua. Básicamente dinamo y motor de continua son la misma máquina). I

I L1 L2 L3

L1 L2 L3

U1 V1 W1

U1 V1 W1

W2 U2 V2

W2 U2 V2

G

M  Laredo 1999 - 2000

Página 5 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS MÁQUINAS ELECTRICAS DE CA

La clasificación que aparece al final del tema nos da una visión general de los tipos de maquinas eléctricas de corriente alterna. (Para una mayor compresión de esta clasificación se han incluido también las máquinas de cc). De toda la energía eléctrica consumida, el 75 %, aproximadamente, se convierte en energía mecánica destinada a la producción de fuerza motriz mediante motores eléctricos. El resto se transforma principalmente en luz y calor. Este tema se centrará en el estudio de los aspectos de descripción, constitución, funcionamiento y aplicaciones de la máquina eléctrica considerada como receptor, considerando, de esta forma, una de las mayores finalidades de la electricidad: producir fuerza motriz.

ACOPLADOR ELECTROMAGNÉTICO Para que se produzcan f.e.m.s inducidas (caso de los generadores) y fuerzas o par de giro sobre las bobinas o inducidos (caso de los motores), se necesitan dos circuitos eléctricos (uno fijo en el estator y otro móvil en el rotor) que estén en el seno de un campo magnético. Es lo que llamamos acoplador electromagnético. El acoplador electromagnético transforma la energía eléctrica en magnética, para que ésta se transforme en mecánica, y viceversa. En la figura se representa el acoplador electromagnético como generador. ENERGÍA ELÉCTRICA

EXCITACIÓN ELÉCTRICA

N

Entrada

ENERGÍA MECÁNICA

S I S T E M A M E C Á N I C O

I

Salida

Página 6 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

En la figura se representa el acoplador electromagnético como motor. Las máquinas eléctricas rotativas constan de una parte fija, denominada estator, y de otra móvil respecto a la anterior, denominada rotor. Ambas son de ENERGÍA ELÉCTRICA c.a.

N ENERGÍA MECÁNICA

S Entrada

Salida

forma cilíndrica y tienen un eje común. En el estator y en el rotor de polos lisos se alojan, en ranuras longitudinales, los hilos de cobre que forman los devanados eléctricos, inductor e inducido, respectivamente. Ambos devanados se acoplan a través del circuito magnético formado poro el material ferromagnético del estator y del rotor y por el entrehierro.

Página 7 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

CONSTITUCIÓN GENERAL DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA DE CORRIENTE ALTERNA. Las máquinas eléctricas existentes en las instalaciones industriales, viviendas, aparatos de elevación, etc... son de muy variadas características. Sin embargo y en lo que respecta a su aspecto constructivo, hay que indicar que muchos de los aspectos estructurales son comunes a todas ellas sin diferenciar las de ca y las de cc. Todos los elementos constructivos pueden dividirse en dos clases: 1. Elementos electromagnéticos. 2. Elementos mecánicos. Como resumen se presenta el siguiente cuadro: Magnéticos

Elementos Eléctricos Electromagnéticos Aislantes De trabajo Elementos Mecánicos

De sustentación

Polos inductores, polos de conmutación, núcleos de hierro de los inducidos, etc ... Arrollamientos inductores, arrollamientos de los polos de conmutación, arrollamientos de los inducidos, colectores, escobillas, etc ... Aislamientos entre bobinas, aislamiento entre arrollamientos, aislamientos entre arrollamientos y partes magnéticas y mecánicas. Ejes, cojinetes, poleas, engranajes, ventiladores, etc... Carcasa, tapas, soportes de cojinetes, bandejas de sujeción de los devanados etc ...

Como elementos electromagnéticos se incluyen los órganos de la máquina cuya misión es conducir el flujo magnético, por ejemplo los polos inductores, o la corriente eléctrica, por ejemplo los devanados o, finalmente, aquellos elementos que aíslan las partes conductoras entre sí, o con las partes magnéticas y mecánicas, por ejemplo, los aislantes, tales como cinta, papel, barniz, etc... Entre los elementos mecánicos se incluyen aquellas partes que intervienen mecánicamente en el proceso de transformación de energía mecánica en eléctrica o viceversa. También estan comprendidas las partes de la máquina destinadas a sujetar, apoyar o sustentar las otras, sean mecánicas o electromagnéticas, o sea, que sirven para mantenerlas unidas y hacer más compacto y resistente el conjunto. En toda máquina giratoria de cc o de ca (también las hay fijas como son los transformadores y algunos tipos de rectificadores y onduladores), hay Página 8 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

siempre dos órganos esenciales: una parte fija llamada estator y una parte móvil a la que se denomina rotor. Cada uno de estos órganos puede estar constituido por una o las dos clases de elementos - electromagnéticos y mecánicos - anteriores. Por ejemplo, el rotor de una máquina eléctrica de ca (motor trifásico de inducción ), está constituido a su vez por los siguientes elementos: a) b) c) d)

Núcleo magnético de hierro. Cuerpo sustentador y elementos de fijación al núcleo magnético. Arrollamiento, incluido su aislamiento. Soportes de arrollamiento, bandejas de sujeción al núcleo magnético. e) Anillos rozantes o colector - dispositivos para la captación de la corriente f) Ventiladores, canales de ventilación. El estator de la misma máquina consta de las siguientes partes: a) Núcleo magnético de hierro - polos inductores, polos de conmutación b) Carcasa y elementos de fijación al núcleo magnético. c) Arrollamiento, incluido su aislamiento - órgano conductor de la corriented) Soportes de arrollamiento. e) Caja de bornes - órgano de toma de corriente f) Canales de ventilación - dispositivo de ventilación del estator Podemos ampliar los dos órganos esenciales anteriores con los componentes del lado de transmisión y del lado de escobillas. Por el lado de transmisión se efectúa la transmisión de movimiento por medio de polea, engranajes, o el órgano de transmisión que sea, por lo que el eje de la máquina sale de ella. Esta tapa consta de la cabeza del cojinete y del órgano sustentador del mismo. Por el lado de escobillas se montan las escobillas, necesarias para la toma de corriente, y sus elementos accesorios (levanta escobillas, puente de escobillas, etc...). Esta tapa consta de la cabeza de cojinete, el órgano sustentador del mismo y el portaescobillas y sus accesorios. Todos los órganos enumerados (creo que 18) son los esenciales en todas las máquinas eléctricas; solamente en casos muy especiales faltan algunos de estos elementos: por ejemplo, en los motores denominados de jaula de ardilla faltan los órganos de toma de corriente del rotor y los portaescobillas.

Página 9 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Otro ejemplo: Supongamos un motor asíncrono trifásico de inducción, de pequeña potencia 1 y construcción cerrada, con rotor en jaula de ardilla - son los de construcción más sencilla -. Las partes constructivas que constituyen la máquina son:

Rotor: a) Núcleo magnético del rotor directamente introducido en el eje, por lo tanto, no existe cuerpo sustentador y elementos de fijación al núcleo magnético. b) Barras de cobre unidas por 2 anillos que las cortocircuitan y que constituyen la jaula de ardilla y actúan como arrollamientos del rotor. c) Dispositivo de ventilación del rotor, constituido por aletas de cobre constructivamente solidarias con los anillos de cortocircuito. El estator de la misma máquina consta de las siguientes partes: d) Núcleo magnético del estator. e) Cuerpo sustentador del núcleo magnético del estator - Carcasa -. f) Arrollamiento, incluido su aislamiento - órgano conductor de la corriente -. g) Soportes de arrollamiento del estator. h) Caja de bornes - órgano de toma de corriente -. i) Dispositivos de ventilación 2 del estator, constituidos por un ventilador directamente acoplado al eje, que impulsa aire fresco a través de canales de ventilación practicados en el núcleo magnético del estator.

1

Se denomina potencia nominal de una máquina eléctrica, a la potencia para la que ha sido proyectada y construida la máquina. En los generadores, la potencia nominal expresa la potencia eléctrica que podemos suministrar a la red. En los motores, la potencia nominal indica la potencia mecánica que podemos obtener de la máquina. Por lo general, la ponencia nominal de los generadores se expresa en kilovatios y la potencia nominal de los motores, en caballos de vapor. 2

Las máquinas de construcción cerrada tienen que ir provistas de buena ventilación, por medio de ventiladores propios, y de aletas refrigeradoras en la carcasa para evitar excesivos aumentos de temperatura en su interior. Página 10 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Podemos ampliar los dos órganos esenciales anteriores con los componentes del lado de transmisión, del lado opuesto a transmisión y otros elementos constructivos. Tapa lado de transmisión: j) Cabeza del cojinete. k) Órgano sustentador del mismo (tapa propiamente dicha). Tapa lado opuesto a transmisión: l) Cabeza de cojinete. m) Órgano sustentador del mismo (tapa interior). n) Tapa exterior de protección. Otros elementos constructivos: Entre ellos: placa de características, aletas de refrigeración de la carcasa, cojinetes de ambos lados, pernos de fijación de las tapas a la carcasa... etc.

Tipos estructurales de máquinas eléctricas. En la constitución interna de una máquina eléctrica lo que la caracteriza es la forma que se da a los núcleos magnéticos del estator y del rotor. En general los núcleos magnéticos pueden ser de dos formas diferentes: a) De polos salientes. b) De chapa ranurada. Los dispositivos de toma de corriente del rotor pueden ser: a) b)

Anillos rozantes aislados entre sí. Colector, con delgas aisladas entre sí.

En la siguiente tabla se resume la constitución interna de seis máquinas representativas de los tipos estructurales más característicos.

Página 11 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

CLASE DE MÁQUINA

Máquina de corriente continua. (generador o motor) Máquina de corriente alterna 2 asincrónica con rotor de anillos rozantes. (motor de inducción) Máquina de corriente alterna 3 asincrónica con rotor en jaula de ardilla. (Motor de inducción). Máquina de corriente alterna asincrónica. (Alternador o motor 4 síncrono). 1

Máquina de corriente alterna con rotor de colector. (Motor de colector). Máquina convertidora de corriente. 6 (Conmutatriz). 5

NÚCLEO DISPOSITIVO NÚCLEO MAGNÉTICO DE TOMA DE MAGNÉTICO DEL CORRIENTE DEL ROTOR ESTATOR EN EL ROTOR

Polos salientes

Chapa ranurada

Colector

Chapa ranurada

Chapa ranurada

Anillos rozantes

Chapa ranurada

Chapa ranurada

No tiene

Chapa ranurada

Polos salientes

Anillos rozantes (solo para I de excitación)

Chapa ranurada

Chapa ranurada

Colector

Polos salientes

Chapa ranurada

Anillos rozantes. Colector.

Las máquinas 1 y 6 se denominan de polos exteriores. La máquina 4 se denomina de polos interiores Además las máquinas eléctricas industriales están todas ellas basadas en los fenómenos que se presentan entre corrientes eléctricas y campos magnéticos; es decir, que son electromagnéticas. Por lo tanto en toda máquina eléctrica habrá siempre una corriente (que llamaremos corriente de excitación), que producirá un campo magnético (que llamaremos campo magnético inductor); este campo magnético producirá, a su vez, una nueva corriente eléctrica (que denominaremos corriente inducida). La corriente inducida será la cedida por la máquina al circuito exterior en el caso del generador o, por el contrario, será la absorbida de la red eléctrica para su posterior transformación en energía mecánica en el caso de un motor. Todas las partes de una máquina eléctrica (arrollamientos, circuitos magnéticos, etc...) destinadas a producir la corriente de excitación y, por lo tanto, el campo magnético inductor, llevan el nombre general de inductor. El conjunto de elementos de una máquina eléctrica (arrollamientos, colectores, etc...) en los que se producen las corrientes inducidas, se conoce con el nombre general de inducido. En resumen: punto de vista mecánico

Estator  parte fija de la maquina.

Rotor  parte giratoria de la máquina.

punto de vista eléctrico:

Inductor  producción del campo magnético inductor.

Inducido  producción de corriente eléctrica inducida. Página 12 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Elementos constructivos del rotor. En todos los motores de inducción, el núcleo magnético del rotor tiene que estar laminado para limitar las pérdidas por corrientes de Foucault, es decir, se ha de construir como un paquete de chapas. Se utilizan generalmente chapas magnéticas de 0,4 a 0,5 mm de espesor de la calidad denominada "chapa para motor" a las que se pega, por una de sus caras, papel de 0,03 mm de espesor. En los motores de jaula de ardilla, el arrollamiento rotórico está constituido por la propia jaula de ardilla, es decir, por un conjunto de conductores desnudos, no aislados del núcleo magnético y puestos en cortocircuito por dos anillos frontales. Los conductores que forman la jaula de ardilla son de cobre o de aluminio - que es la tendencia actual -. En los motores de doble jaula y en los de ranuras profundas se siguen idénticos procedimientos para la preparación de la jaula de ardilla. Unicamente cambia la forma de las ranuras. Estator. El estator de los motores de inducción con rotor bobinado es idéntico al de los motores con rotor de jaula de ardilla. La disposición constructiva es la misma y consta de los elementos estudiados anteriormente. Caja de bornes Los motores asíncronos, como cualquier máquina, ha de ir provista de bornes de conexión que generalmente, están agrupados en una caja de bornes situada en un costado de la carcasa. Los bornes, convenientemente aislados, atraviesan la carcasa. Generalmente llevan 6 bornes de conexión de los que, los denominados U - V- W se conectan a la línea de alimentación y los expresados por X - Y - Z se conectan entre sí - conexión estrella - o forman parte con los anteriores - conexión en triángulo -.

Dispositivos de toma de corriente para el rotor. Estos dispositivos solamente son aplicables a los motores con rotor bobinado ya que, los motores con rotor en jaula de ardilla, no necesitan ningún elemento de conducción de corriente par el rotor, porque los conductores que constituyen el arrollamiento rotórico van cerrados en cortocircuitos. Como órgano de conducción para el rotor, las máquinas asíncronas de rotor bobinado llevan tres anillos rozantes, conectados cada uno de ellos a uno de los tres finales del arrollamiento rotórico; sobre estos anillos frotan tres escobillas, mediante las cuales, la corriente rotórica es conducida al exterior de la máquina. Los anillos rozantes se construyen de cobre o de bronce fundidos.

Página 13 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS ASÍNCRONOS, CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO. Estos motores denominados también motores de jaula de ardilla, gracias a su construcción robusta y sencilla y su baratura, son, con mucho, el tipo más frecuentemente utilizado en las aplicaciones industriales. Una de las principales ventajas de los motores con rotor en cortocircuito consiste en la facilidad para invertir el sentido de giro, ya que basta con intercambiar dos fases cualesquiera de la línea de alimentación. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los dispositivos utilizados para la inversión han de ser muy robustos y que los motores destinados a funcionar con frecuentes inversiones del sentido de giro deben diseñarse con aislantes especiales, a prueba de los sobrecalentamientos que se producen en este régimen de funcionamiento. Entre sus desventajas se pueden citar: • Elevada intensidad de corriente durante el periodo de arranque. • Bajo factor de potencia durante el periodo de arranque. • Rigidez en lo que concierne a la regulación de velocidad. Como puede apreciarse en la Cos ϕ = 0,4...0,5 figura, en la que se representa la Cos ϕ = 0,85 punta de corriente de arranque en 0,1" un motor trifásico con rotor en 0,2" cortocircuito, la cresta de la corriente de arranque se eleva a 0 aproximadamente a 12 veces la corriente nominal. En algunos milisegundos, esta corriente se 5 reduce a la corriente de arranque normal, es decir, de 4 a 8 veces el valor de la corriente de nominal del 10 motor. El factor de potencia tiene entonces un valor comprendido entre 0,4 y 0,5. Una vez alcanzada su plena velocidad, el consumo del motor queda estabilizado al valor de la corriente nominal.

Página 14 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS ASÍNCRONOS, CON ROTOR BOBINADO. Entre el estator de un motor de rotor bobinado, y un motor con rotor en cortocircuito, no existe básicamente ninguna diferencia. En el rotor, el motor recibe un devanado bifásico o trifásico, según el tamaño del motor. Cuando el devanado es trifásico, los terminales interiores del mismo se conectan en estrella en el rotor, mientras que los terminales exteriores, se conducen a tres anillos colectores de bronce, situados sobre el eje del motor. A través de las correspondiente escobillas, estos tres anillos colectores se conectan en serie con tres resistencias variables, conectadas entre sí en estrella. Durante el funcionamiento en régimen normal, estas resistencias quedan cortocircuitadas y de esta forma, también queda cortocircuitado el devanado rotórico. En lo que respecta a las características técnicas, el motor con rotor bobinado tiene las siguientes ventajas respecto al motor con rotor en cortocircuito. 1. La corriente de arranque es, solamente, de 1,5 a 2.5 veces la corriente nominal, debido precisamente al empleo de las resistencias de arranque. Recordemos que en los motores con rotor en cortocircuito, la corriente de arranque es de 4 a 8 veces mayor que la In del motor. 2. El par de arranque Carr de un motor con rotor bobinado es siempre mayor que el de un motor con C = K I 2 Cos ϕ2 rotor en cortocircuito de las mismas características. Con la inserción de las resistencias de arranque, disminuye la corriente rotórica I2 pero aumenta el factor de potencia cos ϕ 2. Puede conseguirse que el par de arranque sea de 1,5 a 2,5 veces mayor que el par nominal del motor (es decir, el par a plena carga). 3. Durante el periodo de arranque también es mayor el factor de potencia debido a la presencia de las resistencias rotóricas, que son puramente óhmicas y que presentan un valor elevado respecto a la inductancia del circuito rotórico durante el arranque. 4. En los motores de rotor bobinado es posible una regulación continua de la velocidad, sin saltos, y en un margen mucho más amplio que en los motores de rotor en cortocircuito.

Página 15 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Los principales inconvenientes son los siguientes: 1. El devanado del rotor encarece el precio del motor y lo hace más voluminoso. 2. Los equipos para el arranque, frenado, regulación de la velocidad, etc... son más complejos. Esto significa más caros, más voluminosos y personal más entrenado para su manejo. Los motores con rotor bobinado se emplean preferentemente sobre los de rotor en cortocircuito, en los siguientes casos: 1. Cuando solamente se permiten bajas corrientes de arranque. (restricciones impuestas por las compañías suministradoras). 2. Cuando los arranques deben efectuarse a plena carga, lo que significa la necesidad de elevados pares de arranque. 3. En el caso de máquinas accionadas de arranque difícil: por ejemplo, accionamiento de maquinas con volantes o grandes masas excéntricas. 4. Cuando se precisa una regulación de velocidad entre límites muy amplios. Para la inversión del sentido de giro es necesario hacer que el campo magnético giratorio gire en sentido contrario, ya que el rotor se mueve arrastrado por dicho campo. La forma más sencilla de conseguirlo es permutar dos cualesquiera de las tres conexiones con la línea. Respecto a los dispositivos utilizados para la inversión del sentido de giro es valido todo lo dicho en el caso de los motores de rotor en cortocircuito.

Página 16 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

El motor asíncrono trifásico en servicio La mayoría de los motores que se encuentran en el mercado se dan para una frecuencia de 50 Hz y se fabrican para una sola velocidad de 3000, 1500, 1000 y 750 r.p.m., que corresponde a 2, 4, 6 y 8 polos respectivamente. Recordemos que la velocidad de sincronismo toma el valor: Ns = 60 f / p en r.p.m. En un motor trifásico, las bobinas de los arrollamientos de las tres fases las representamos esquemáticamente por sus arrollamientos equivalentes con sus principios y finales. Se ha utilizado la denominación normalizada de bornes - entre paréntesis la denominación antigua -

U1 (U)

V1 (V)

ENER GÍA ELÉCT V2 (Y) RICA c.a.

W1 (W)

W2 (Z)

Para una red trifásica de 380 V (3 ∼ 380 V - 50 Hz), existen los motores bitensión3 de 220 / 380 V y ofrecen dos posibilidades de conexión directa a la red: conexión en estrella y conexión en triángulo. Antes de estudiar los métodos de puesta en marcha de estos motores veamos como se realiza el empalme en la placa de bornes. Las tres fases de la red L1,L2, L3, se unen a los bornes U1, V1, W1. A los bornes W2, U2, V2, se llevan, al construir el motor, las salidas de las tres fases del bobinado. Solamente con la sucesión de bornes W2, U2, V2, se puede efectuar de un modo sencillo, la conexión estrella o triángulo en la placa

3

Conviene dejar bien claros los conceptos de tensión de servicio, tensión normal de servicio y tensión nominal.

 Laredo 1999 - 2000

Llamamos tensión normal de servicio de una red eléctrica, a la tensión que, como término medio existe en los bornes de los receptores de corriente. Tensión normal de servicio es la tensión de servicio normalizada de acuerdo con las disposiciones legales de España. Se recomiendan especialmente las tensiones de corriente alterna trifásica de 220, 380, 6000 y 10.000 voltios. Tensión nominal es la tensión para la que ha sido proyectada y construida la máquina. Las tensiones nominales tipificadas para las maquinas eléctricas de corriente alterna especialmente recomendadas, son las mismas que las del párrafo anterior. Página 17 de 33

Tema 49 Tecnología

I

 Laredo 1999 - 2000

 Laredo 1999 - 2000

I L1 L2 L3

(R) (S) (T)

L1 L2 L3

U1

(R) (S) (T)

V1 W1

U1 V1 W1 W2 U2 V2

W2 U2 V2

M

M Puentes estrella.

Puentes triángulo

de bornes del motor. Las uniones W2, U2, V2, hacen la conexión estrella; las uniones U1-W2, V1-U2 y W1-V2 dan la conexión triángulo.

Conexiones de la caja de bornes de un motor asíncrono trifásico U1 V1 W1 W2 U2 V2

W2 U2 V2 Conexión estrella

U2 (X)

U1 (U)

V2 (Y)

V1 (V)

W2 (Z)

W1 (W)

U2 (X)

U1 (U)

V2 (Y)

V1 (V)

 Laredo 1999 - 2000

Conexión triángulo

U1 V1 W1

W2 (Z)

W1 (W) Página 18 de 33

 Laredo 1999 - 2000

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Tensión de línea y de fase. Intensidad de línea y de fase. IL = IF Conexión estrella Conexión triángulo

VL = 3VF IL =

3I F

VL = VF

Es importante recordar que el motor desarrolla su potencia nominal, siempre que a cada uno sus arrollamientos de fase (U1-U2), (V1-V2), y (W1-W2) se le someta su tensión nominal. La tensión nominal de cada arrollamiento de fase es el valor más bajo que figura en la placa de características.

Puesta en marcha de los motores asíncronos trifásicos. El proceso de arranque de estos motores es distinto según se trate del motor en jaula de ardilla o de rotor bobinado. En ambos aparece una considerable corriente de arranque al encontrarse el motor en cortocircuito en el primer momento. A medida que aumenta la velocidad disminuye la intensidad hasta descender al valor correspondiente a la carga aplicada. El deslizamiento disminuye desde 1 hasta el valor que corresponda al de funcionamiento normal. El deslizamiento significa la variación relativa de la velocidad del motor respecto a la de sincronismo. Deslizamiento absoluto: S = Ns - N

Deslizamiento relativo:

S=

NS − N NS

En cuanto al número de revoluciones aumenta desde cero hasta el valor N = N S (1 − S ) con

NS =

60 ⋅ f P

El arranque directo o a plena carga consiste en someter a cada arrollamiento de fase a su tensión nominal y acelerarlo sin interrupción hasta que alcanza su velocidad nominal. Esto es posible cuando la corriente de arranque este entre las 5 y las 7 veces la nominal. Los motores industriales superan en la mayoría de las ocasiones estos bajos valores apareciendo corrientes de arranque que no son admisibles. Existen varios procedimientos, con sus variantes para los casos particulares, que mencionaremos pero que creo que se escapan de este tratado. a) Arranque estrella - triángulo. b) Arranque por autotransformador. c) Arranque por reostato (para motores de rotor bobinado exclusivamente). Resistencias rotóricas. d) Arranque por interruptor de fuerza centrífuga. (se limita el empleo de estos dispositivos por las frecuentes averías e interrupciones que originan. Página 19 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Inversión del sentido de giro. Una de las ventajas principales de los motores asíncronos trifásicos es su rápida adaptación para cambiar el sentido de giro. Para ello es suficiente intercambiar dos fases cualesquiera de la línea de alimentación. Lo mismo los motores de una como de varias velocidades pueden invertir la velocidad muchas veces por minuto si el sistema giratorio tiene poca inercia. I

I

L1 L2 L3

L1 L2 L3

U1 V1 W1

U1 V1 W1

W2 U2 V2

W2 U2 V2

M

M  Laredo 1999 - 2000

Página 20 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Regulación de la velocidad de las máquinas asíncronas. Los motores de inducción tienen se utilizan principalmente a velocidad constante, conectados directamente a la red, de acuerdo con su propias características par - velocidad, número de polos y carga de la máquina operadora. De esta forma se construyen motores de una sola velocidad de acuerdo con la tabla que se especifica y la expresión ya conocida de la velocidad del rotor de un motor de inducción para una frecuencia de 50 Hz, y con los deslizamientos de 0,008 para motores grandes y 0,085 para los pequeños.

NS =

60 ⋅ f P

Polos 2 4 6 8

velocidad 3000 1500 1000 750

Modernamente se utilizan en el campo de la regulación y control componentes electrónicos como son los diodos, transistores y tiristores que abren nuevos campos de investigación. También existe un control discreto de la velocidad si los devanados del estator se disponen de tal forma que pueda exteriormente, mediante las conexiones accesibles, modificar el número de polos. Modificando el número de polos de la máquina es posible cambiar la velocidad. Con este principio se obtienen motores de dos velocidades mediante arrollamientos separados y hasta tres velocidades si los arrollamientos anteriores se combinan en conexión Dahlander. La velocidad más baja se corresponde con el devanado separado y la media y alta con la conexión Dahlander. Para dos velocidades se suelen construir hasta 120 Kw y de 1000/1500 r.p.m. (6/4 polos), 750/1500 r.p.m. (8/4 polos), 1500/3000 r.p.m. (4/2 polos). Si se considera necesario, se explican los esquemas y los circuitos de fuerza con contactores en el libro de Agustín Castejon, pág 395.

Página 21 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

El motor monofásico de inducción. La demanda de fuerza motriz, para todo tipo de electrodomésticos, máquinas del comercio y de la industria, se cumbre en su mayor parte, mediante los motores de inducción monofásicos y trifásicos. Los motores monofásicos son de pequeña potencia y su comportamiento eléctrico para un régimen estable es equivalente al de una impedancia Z = R + j XL. El diagrama vectorial característico de la Tensión - Intensidad, impedancias y potencias se ajusta al modelo conocido de un circuito serie R, XL y estudiado en el tema correspondiente. Estos motores presentan cierta analogía con los trifásicos pero su rendimiento y factor de potencia son inferiores, por lo que solo deben ser usados en los casos de que no se disponga red trifásica. Para un motor monofásico, desde el punto de vista del dimensionado de la instalación eléctrica y del equipo de protección, nos interesa conocer: a) Intensidad, tiempo de arranque y velocidad. b) Potencia activa, rendimiento, tensión y frecuencia. c) Calculamos la intensidad de la línea IL y la capacidad C para mejorar el factor de potencia a cos ϕ ', mediante las expresiones:

Pab =

Pu

η

→ (W )

Pab = U L I LCos ϕ ⇒ I L = S = U L I L → (VA )

Pab U LCos ϕ

C=

Pab (tg ϕ − tg ϕ´)10 6 → ( µF ) U 2ω

Q = U L I L Sen ϕ → (VAr )

Página 22 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR MONOFÁSICO El motor monofásico dispone de una sola fase en el bobinado del estator. Esta al ser recorrida por una corriente alterna, crea un flujo también alterno pero de dirección constante y que por lo tanto no impulsa al rotor a girar.

flujo

flujo

Flujo de reacción

 Laredo 1999 - 2000

La corriente alterna monofásica que atraviesa el arrollamiento del estator produce un flujo magnético que está en fase con la misma corriente. La representación del flujo magnético, mediante las líneas de fuerza de este flujo y el vector representativo queda reflejado en la figura. Es evidente que este vector no es giratorio como en el caso del vector que representa la corriente trifásica. Al variar la intensidad de la corriente en magnitud y sentido, el flujo únicamente oscila en un sentido u en otro (no representado). En el rotor, el par motor equivale a cero y no tenemos fuerza motriz alguna. Se carece pues de par de arranque. En la segunda figura "lanzamos" - por cualquier medio- el rotor. Al girar, se crea primero un par muy pequeño, que luego crece rápidamente. Esto es debido a que en el rotor se crean f.e.m.s. cuyos sentidos se obtienen aplicando la regla de los tres dedos de la mano derecha. Los conductores del rotor, que forman parte de un bobinado en cortocircuito, son recorridos por corrientes. (El signo ⊗, indica que el sentido es "entrando en el plano del dibujo", y el  indica "saliendo del plano del dibujo"). Estas corrientes rotóricas crean el flujo de reacción transversal representado en la figura, cuya dirección forma un ángulo de 90º con el del bobinado estatórico, de forma que el efecto resultante es muy semejante al de un motor bifásico y el rotor continúa girando. Resumiendo, el motor monofásico de inducción no puede ponerse en marcha por sí solo: necesita de un medio auxiliar que lleve el motor hasta una determinada velocidad de giro, pues solamente en marcha se produce el intercambio energía eléctrica - energía mecánica necesaria. Página 23 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Puesta en marcha y funcionamiento del motor monofásico. Motores de fase partida. Es posible producir un campo giratorio agregándole al principal (de trabajo o de régimen) UV un segundo devanado denominado auxiliar o de arranque, WZ formando un ángulo de 90º ¿magnéticos o eléctricos? con el primero y conectado este segundo devanado (auxiliar de arranque) a la red, no directamente, sino a través de un condensador C o de una bobina de reactancia B. Tanto la bobina como el condensador tiende a producir un desfase de la corriente en el arrollamiento auxiliar, con respecto a la del otro devanado, que se aproxima a los 90 º R

R

S

S

U

U

SI  ST La E re M do A M 19 E 99 C Á 20 NI 00 C BO

C V

V Z

W

Z

W

 Laredo 1999 - 2000 B

Ambos arrollamientos desfasados en el espacio, se encuentran recorridos por corrientes desfasadas también en el tiempo. La composición de ambos flujos dará lugar a un campo magnético giratorio que permitirá el arranque. CONEXIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO COMO MONOFÁSICO. Un motor trifásico puede conectarse a una línea monofásica haciendo uso del sistema de fase auxiliar con condensador o con bobina de reactancia. Para ello se conectan dos fases, por ejemplo U y V en serie y directamente a la línea monofásica, y la tercera fase, W a la línea a través de un condensador o de la bobina de reactancia.

R S

C V U

M 3~

W

Página 24 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Motores trifásicos de colector. Cuando se necesita en una máquina de trabajo una amplia regulación de la velocidad y además que esta regulación sea continua y no por escalones no podemos utilizar los motores asíncronos. Tampoco es apropiado el motor síncrono, pues tiene una velocidad absolutamente fija y no puede variarse de ninguna forma ya que caería fuera del sincronismos y el motor se pararía. Los motores trifásicos de colector nos proporcionan una regulación amplia y continua de la velocidad en corriente alterna. Estos se construyen para potencias entre 2 y 500 CV. La desventaja de estos frente a los de inducción es su elevado precio. A igualdad de potencias resultan aproximadamente tres veces más caros. La característica constructiva común a todos ellos es la presencia de un colector muy semejante al de las máquinas de cc. Este colector va provisto de escobillas en número de 3 a 6 según el tipo de motores. Constan de un devanado rotórico que unas veces es semejante a un devanado de inducido de cc, y otras veces está dispuesto como un devanado trifásico. También constan de un devanado estatórico muy semejante al de las máquinas trifásicas síncronas y asíncronas. El principal inconveniente de estos motores radica precisamente en el colector al originar defectuosas características de conmutación, cuyas condiciones varían con la velocidad, y en general, se realiza con más chispas en el colector que en los motores de cc. Clasificación por la forma de funcionamiento. a) Motor serie de colector. b) Motor shunt de colector o motor derivación de colector.

Motor serie de colector. Son motores en los que la velocidad disminuye al aumentar la carga conectada. Tienen características de funcionamiento muy parecidas a las de un motor serie de cc. La velocidad correspondiente a cualquier carga puede conseguirse en unos tipos constructivos por variación de la tensión aplicada y en otros tipos constructivos por desplazamiento de las escobillas sobre el colector. Motor shunt de colector o motor derivación de colector. La velocidad es aproximadamente constante con la carga. Sus características de funcionamiento son semejantes a las del motor shunt de cc. Puede aumentarse o disminuirse la velocidad independientemente de la carga, bien variando la tensión aplicada o bien, lo que es más general, por desplazamiento de las escobillas por el colector.

Página 25 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Clasificación por su disposición constructiva. a) Motores con alimentación por el estator. b) Motores con alimentación por el rotor.

Motores con alimentación por el estator. En estos motores el estator está conectado a la línea y el rotor lleva un arrollamiento parecido al de las máquinas de cc pero en conexión trifásica y cerrado sobre un reostato de arranque. Por medio de las escobillas del colector se aplica al rotor una tensión procedente del estator y por el desfase producido en las corrientes del estator y del rotor, se produce un par de giro que produce la puesta en marcha del motor.

Motores con alimentación por el rotor. El rotor lleva un arrollamiento trifásico ordinario conectado a la red a través de tres anillos rozantes de toma de corriente. El arrollamiento del estator también es trifásico y se alimenta del arrollamiento rotórico a través de las escobillas del colector. El desfase entre ambas corrientes produce un par de giro suficiente para iniciar la marcha de motor. Se puede suprimir el reostato de arranque. Teniendo en cuenta estas cuatro características relativas al funcionamiento y la disposición constructiva, pueden realizarse muchas variante de motores trifásicos de colector. Los que tienen verdadera importancia son: 1. Motor serie con alimentación por el estator. 2. Motor shunt con alimentación por el estator. 3. Motor shunt con alimentación por el rotor. Para comprender el funcionamiento de los motores de colector, habría que estudiar los fenómenos que ocurren en un arrollamiento de corriente continua cuando no permanecen fijos el sistema inductor y las escobillas sino que giran uno de estos elementos o ambos simultáneamente. Pero estos estudios nos ocuparían mucho tiempo y se alargaría interminablemente este capitulo, así pues proporcionamos unas características básicas.

Página 26 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Motor serie trifásico de colector. El motor serie se denomina así porque su característica de velocidad es semejante a la del motor serie de cc, es decir, que la velocidad aumenta por si sola cuando disminuye la carga y viceversa. En este tipo de motor es indispensable que no sea muy elevada la tensión aplicada al rotor, pues se produce abundante chispeo en el colector; se admite como máximo unos 70 V durante la marcha y de 100 a 150 V en el momento de la puesta en marcha. Esto quiere decir que solo se pueden aplicar a bajas tensiones. Para tensiones mayores es necesario reducir la tensión de línea por medio de un transformador; esta tensión reducida es la que se aplica a las escobillas del colector. (nótese que el estator se alimenta de la tensión total de la red) Su campo de aplicación es el mismo (por analogía) que el de los motores de cc con excitación serie. Tiene las ventajas añadidas que no se precisa una conversión previa de ca en cc y la posibilidad de arrancar suavemente desplazando las escobillas desde la posición cero y aumentando así lentamente el par motor. Lógicamente, no necesita reostato de arranque. Así se utiliza donde es necesario amoldarse a distintos pares motores: accionamiento de bombas, compresores, ventiladores... Los dos inconvenientes son su elevado precio y la necesidad del transformador. Por esta razón han sido sustituidos muchas veces por los motores shunt trifásicos de colector.

Motores shunt trifásicos de colector alimentados por el estator. En un esquema de este tipo de motores encontraríamos el devanado del estator unido a la línea trifásica de alimentación. A las escobillas, apoyadas sobre el colector de delgas, podemos aplicarles la tensión de línea o si es elevada una f.e.m. proporcional E2 que se puede obtener del secundario de un transformador de alimentación del rotor de tomas variables. El par motor es proporcional a la I2 del secundario (rotor), siendo I2 = f(N2,E2). Es posible conseguir una misma intensidad I2, y por lo tanto un mismo par, con velocidades diferentes. Puede modificarse hasta en un 50 % la velocidad N2 con el desplazamiento de las escobillas, pero no mas debido a problemas de conmutación. Precisamente la conmutación es uno de los principales problemas de los motores trifásicos de colector, razón por la cual para utilizaciones en las que no se requiera una regulación de velocidad muy estricta siempre se prefiere los motores de inducción de rotor bobinado o de jaula de ardilla que además resultan más económicos. Existen otros esquemas como el de conexiones de un motor shunt trifásico de colector de alimentación por el estator con doble juego de escobillas. (no confundir este motor con el motor serie con alimentación por el estator). Página 27 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Si el motor serie se denomina así porque su característica de velocidad es semejante a la del motor serie de cc, es decir, que la velocidad aumenta por si sola cuando disminuye la carga y viceversa, en el motor derivación la velocidad permanece casi constante con la carga, es decir, lo mismo que ocurre con el motor derivación de cc. Una de sus aplicaciones es en los hornos rotativos para la fabricación del cemento. El inconveniente es su elevado precio.

Motores shunt trifásicos de colector alimentados por el rotor. Se conoce con el nombre de motor Schrage. Un servomotor de mando de las escobillas permitirá una amplia regulación de la velocidad conservando buen rendimiento. El rotor está provisto de un colector y de un juego de 3 anillos rozantes. Además, consta de dos arrollamientos rotóricos: arrollamiento de anillos o arrollamiento rotórico propiamente dicho, arrollamiento de colector o arrollamiento rotórico de regulación y un arrollamiento estatórico. El arranque se efectúa sin reostato de arranque ya que se puede poner en marcha suavemente partiendo del punto de velocidad nula y desplazando las escobillas poco a poco. Como ya se indicó, en este tipo de motor, la velocidad es casi constante con la carga. A pesar de su elevado precio, este motor ha sustituido, en casi todos los casos, a los restantes motores trifásicos de colector. Su campo de aplicación se extiende, entre otros a: fundiciones y talleres de laminación, industria textil, industria papelera, grandes máquinas rotativas para imprentas, laboratorios de ensayos de máquinas eléctricas...

Página 28 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Motores monofásicos de colector. Los motores monofásicos de colector constan de un estator de chapa magnética laminada (ranurada) y que para potencias superiores a 1 CV es análogo al de los motores de inducción y al de las máquinas síncronas. Para potencias inferiores (motores fraccionales) el estator es de polos salientes como el de las máquinas de cc, pero de chapas aisladas para evitar las perdidas por corrientes de Foucault. El rotor está constituido de forma parecida al de una máquina de cc, con un arrollamiento ondulado o imbricado. El elemento característico es el colector de delgas, de constitución al de las de cc., y montado, como en dichas máquinas, en el rotor. En su funcionamiento difiere de los motores de inducción en que su par es máximo durante el período de arranque, en que su velocidad es regulable y en que su rendimiento resulta menor que en los motores de inducción de análogas características. Los que más importancia tienen en la practica son: 1. Motor serie monofásico simple. 2. Motor serie monofásico compensado. 3. Motor de repulsión.

MOTOR SERIE MONOFÁSICO SIMPLE DE COLECTOR.

El dibujo representa el esquema de principio de un motor serie monofásico simple de colector. Un motor de cc, construido con su circuito magnético laminado, puede funcionar, aunque de forma no satisfactoria, si se conecta a una red alterna monofásica. Alimentado por la ca arranca por sí solo. La corriente que recorre el bobinado inducido presenta 100 alternacias por segundo pero, simultáneamente, le ocurre lo mismo a la corriente de excitación de las bobinas polares y, en consecuencia, al flujo inductor, por lo que, el momento de rotación y el giro del rotor resulta siempre de sentido constante.

M 1~  Laredo 1999 - 2000

Página 29 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

Así pues, un motor serie de cc puede funcionar como motor de ca pero como se dijo anteriormente, el funcionamiento no es satisfactorio: 1. Mayor calentamiento y chispas en el colector. Inductor e inducido funcionan en el instante cero como un transformador con las bobinas del inducido en cortocircuito por las escobillas produciéndose una corriente inadmisible. 2. Dado que el flujo resulta de sentido alterno tanto en el estator como en el rotor es preciso, como ya se adelantó, que ambos sean construidos de chapa magnética para reducir el calentamiento que las corrientes de Foucault y la Histérisis producirían en una carcasa maciza. 3. La vida de escobillas y colector es más corta debidos a los problemas de conmutación producidos por las ff.ee.mm de autoinducción creadas por el flujo pulsatorio del estator. 4. Bajo factor de potencia a causa de las elevadas reactancias de ambos arrollamientos. Por otra parte, alimentado con ca, arranca por si solo (par de giro) debido al campo resultante producido por la interacción del flujo inductor y el flujo pulsatorio transversal del inducido. Ciertamente que la corriente que recorre el inducido presenta 100 alternancias por segundo, pero simultáneamente le ocurre lo mismo a la corriente de excitación de las bobinas polares y en consecuencia al flujo inductor, por lo que el par motor (momento de rotación) y el sentido de giro del rotor resulta siempre constante.

MOTOR SERIE MONOFÁSICO COMPENSADO DE COLECTOR Para limitar los inconvenientes apuntados anteriormente los motores monofásicos de colector, excepto los de pequeña potencia, están provistos de un arrollamiento compensador. El dibujo representa el esquema representa el principio de un motor serie monofásico compensado de colector. Al circular la corriente por el arrollamiento rotórico (inducido) crea un flujo pulsatorio transversal de dirección coincidente con la línea de escobillas cuya magnitud es independiente del sentido de giro del inducido.

 Laredo 1999 - 2000

Página 30 de 33

Tema 49 Tecnología

 Laredo 1999 - 2000

El arrollamiento compensador crea una ff.mm.mm que neutraliza la reacción del inducido. La ff.mm.mm del arrollamiento compensador será igual pero de sentido contrario a la del inducido. Su conexión se puede realizar de dos formas: a) Espiras en cortocircuito (ver figura), coaxiales con el eje de la línea de escobillas. b) En serie con el inducido. Para mejorar el factor de potencia, se emplea un entrehierro menor, con la correspondiente disminución del flujo inductor, reduciéndose de esta forma la tensión reactiva en el inducido.

Aplicaciones del motor monofásico de colector. Son las siguientes: 1. Como motor universal de pequeña potencia. 2. Como motor para tracción eléctrica. (Locomotora). El motor universal es muy utilizado por ser de poco peso para una potencia dada, por poder alcanzar altas velocidades y por su cualidad de utilización indistinta tanto para cc como para ca. Las características de velocidad son parecidas a las del motor serie de cc. Se utiliza en máquinas herramientas manuales (taladradoras, rectificadoras, pulidoras...), aspiradoras, mezcladoras, máquinas de coser... etc.

BIBLIOGRAFIA Ortega P., J.M. y Ramírez V., J. Máquinas de corriente alterna. Enciclopedia Ceac de electricidad. Ediciones Ceac. 5ª edición. 1987 Ramírez V., J. Pilas y acumuladores. Maquinas de cc. Enciclopedia Ceac de electricidad. Ediciones Ceac. 6ª edición. 1989 Ramírez V., J. Equipos electromecánicos industriales. Enciclopedia Ceac de electricidad. Ediciones Ceac. 2ª edición. 1988 Castejón O., A. y Santamaría H., G. Tecnología Eléctrica. McGraw Hill. 1993

 Página 31 de 33

 Laredo 1999 - 2000

Tema 49 Tecnología

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Generadores

de cc Dinamo

Excitación independiente Excitación serie Excitación Shunt Excitación Compound

Pila Acumulador Panel solar

En el lenguaje técnico no se consideran máquinas.

de ca alternadores

Motores

de cc

Clasificación de las máquinas eléctricas. Incluimos máquinas de cc, transformadores y varios tipos de máquinas de ca que por sus características no estudian en este tema.

monofásicos - polifásicos Polos lisos - polos salientes Excitación independiente Excitación serie Excitación Shunt Excitación Compound

De ca Monofásicos

Inducción

Síncronos

Rotor en jaula

Espira de sombra Fase partida Con cond. Sin cond.

Rotor devanado

Repulsión Repulsión en el arranque Repulsión - inducción

Imán permanente Reluctancia Histérisis

Página 32 de 33

 Laredo 1999 - 2000

Tema 49 Tecnología

Seguimos con máquinas eléctricas

Seguimos con motores de ca

Polifásicos

Inducción

Rotor en cortocircuito Rotor devanado

Jaula de ardilla Doble jaula

+ anillos arranque + " regulación

Rotor mixto Síncronos

Universales

Convertidores rotativos

Grupo convertidor Conmutatriz Generador Polimórfico

Transformadores (Máquinas estáticas)

De potencia

Monofásicos Trifásicos

Autotransformador De medida

De tensión De Intensidad.

 Página 33 de 33