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Manual de Motores Trifásicos

INSTITUTO NACIONAL TECNOLOGICODIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL

DEPARTAMENTO DE CURRICULUM

MANUAL PARA EL PARTICIPANTEMOTORES TRIFÀSICOS

INSTRUCTOR: ROBERTO JOSÉ OVIEDO DÍAZ

ESPECIALIDAD: Electricidad

NOVIEMBRE 2008


INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC)DIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONALDEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM

Unidad de Competencia:

• Instalación y Mantenimiento de Motores Eléctricos.

Elementos de Competencias:

• Motores trifásicos de corriente alterna de uso industrial.

• Motores asíncronos trifásicos conectados a la red de alimentación monofásica.

NOVIEMBRE 2008


INDICE PáginaINTRODUCCION ......................................................................................................... 1OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 1OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 1RECOMENDACIONES GENERALES ......................................................................... 2UNIDAD I: MOTORES TRIFÁSICOS DE AC DE USO INDUSTRIAL .......................... 31.1 Motores Trifásicos de AC. ...................................................................................... 3Introducción ................................................................................................................. 3Definición ..................................................................................................................... 31.2 Clasificación de los motores trifásicos .................................................................. 41.3 Asincrónico ............................................................................................................ 4Rotor tipo jaula de ardilla ............................................................................................. 5Rotor bobinado y anillos rozantes ................................................................................ 51.4 Sincrónico .............................................................................................................. 6Rotor de excitación con imán permanente ................................................................... 6Rotor de excitación independiente ............................................................................... 62. Motor asincrónico de inducción con rotor en jaula de ardilla. .................................. 7Definición ..................................................................................................................... 7Partes principales ........................................................................................................ 7Principio de Funcionamiento ........................................................................................ 9Tipos y aplicación de los motores Jaula de ardilla. ...................................................... 92.1Motor Asíncrono trifásico en conexión dos tenciones ........................................... 11Definición ................................................................................................................... 11Motor para arranque estrella-delta ............................................................................. 12Tipos de conexiones para Motores de diferentes tensiones. ..................................... 12Característica ............................................................................................................. 13Motor de polos conmutables ...................................................................................... 132.2. Motor Asincrónico trifásico de dos velocidades (Conexión Dahlander), ............. 14Definición ................................................................................................................... 14Principio de funcionamiento. ...................................................................................... 14Tipos de conexiones para el motor DAHLANDER ..................................................... 143. Motor Asíncrono trifásico de AC. De inducción con rotor bobinado. ...................... 16Definición ................................................................................................................... 16Partes principales ...................................................................................................... 16Principio de funcionamiento ....................................................................................... 17Esquema Simplificado de conexión de sus bobinados .............................................. 20EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN .................................................................... 21Unidad Modular II: Motores asincrónicos Trifásicos conectados a la red de alimentaciónmonofásica. ............................................................................................................... 221. Motor Asíncrono trifásico conectado a la red monofásica. ..................................... 22Generalidades ........................................................................................................... 22Principio de funcionamiento del motor trifásico como monofásico. ............................ 22Tipo y capacidad del condensador necesario. ........................................................... 222. Conexión del motor trifásico como monofásico en conexión estrella. .................... 233. Conexión del motor trifásico como monofásico en conexión triangulo................... 23EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN .................................................................... 29GLOSARIO ................................................................................................................ 30BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................... 31


Instituto Regional de Occidente, contiguo al Hospital José Rubí, El ViejoTelf.: 2344 – 2212. E-mail: [email protected]

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INTRODUCCIONEl manual del participante “Motor trifásico” pretende que los(as) participantes adquieran lasdestrezas y habilidades necesarias para brindar mantenimiento y conexión a los motoreseléctricos trifásicos.

El manual contempla dos unidades modulares, donde sus contenidos se desarrollan enorden lógico desde los elementos más sencillos hasta llegar a los más complejos.

El manual del participante esta basado en sus módulos y normas técnicos respectivas ycorresponde a la unidad de competencia “Instalación y Mantenimiento de Motores Eléctricos”de la especialidad de técnico en electricidad.

Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto evaluación para alcanzar eldominio de la competencia: Instalación y Mantenimiento de Motores Eléctricos, para lograrlos objetivos planteados, es necesario que los(as) y las participantes tengan en cuenta el lasnormas de seguridad, para prevenir accidentes eléctricos así como brindar los primerosauxilios en caso de accidentes de origen eléctrico.

OBJETIVO GENERAL§ Realizar el montaje, conexión y puesta en funcionamiento de motores eléctricos trifásicos

de AC. De uso industrial.

OBJETIVOS ESPECIFICOS§ Explicar correctamente clasificación general de motores trifásicos mediante un cuadro

sinóptico.

§ Explicar correctamente principio de funcionamiento y partes principales del motorasíncrono trifásico.

§ Realizar correctamente conexión y puesta en funcionamiento del motor asíncronotrifásico en conexión estrella y en conexión triangulo haciendo uso de loa esquemas deconexión.

§ Realizar correctamente conexión y puesta en funcionamiento de motores trifásicos a latensión de servicio de 220 y 380v, utilizando esquemas de conexión.

§ Realizar correctamente conexión y puesta en funcionamiento de motores trifásicos a latensión de servicio de 220 y 440v, utilizando esquemas de conexión.

§ Realizar correctamente conexión y puesta en funcionamiento de motores trifásicos enconexión Dahlander a la velocidad lenta y rápida, utilizando esquemas de conexión.

§ Realizar correctamente conexión y puesta en funcionamiento de motores asíncronostrifásicos de AC. Con rotor bobinado, haciendo uso del respectivo esquema de conexión.

§ Realizar correctamente conexión y puesta en funcionamiento de motores asíncronostrifásicos de AC. Con rotor bobinado.



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RECOMENDACIONES GENERALESPara iniciar el estudio del manual, debe estar claro que siempre su dedicación y esfuerzo lepermitirá adquirir la Unidad de competencia a la cual responde el Módulo Formativo deMotores Trifásicos.

• Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual debe estar claro que sudedicación y esfuerzo le permitirá adquirir la competencia a la cual responde elMódulo formativo.

• Al comenzar un tema debe leer detenidamente los objetivos y recomendacionesgenerales.

• Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente para comprenderobjetivamente los ejercicios de auto evaluación.

• Consulte siempre a su docente, cuando necesite alguna aclaración.

• Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos que estén a sualcance.

• A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando sus inquietudes odudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante las sesiones de clase.

• Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación.



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UNIDAD I: MOTORES TRIFÁSICOS DE AC DE USO INDUSTRIAL

1.1 Motores Trifásicos de AC.En los generadores y motores para corriente trifásica se originan campos rotativos.

Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que el campo rotativo del estator, se dice que lamáquina eléctrica rotativa trifásica (generador o motor) es síncrona. Si, por el contrario, elrotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo rotativo, la máquinaeléctrica rotativa se llama asíncrona.

Por tanto, las máquinas eléctricas rotativas ya sea motor o generador se dividen en dosgrandes grupos que son: las máquinas síncronas y las máquinas asincronas

IntroducciónEl motor eléctrico es una máquina que posee la capacidad de transformar la energíaeléctrica en energía mecánica y lo inverso sucede con los generadores, alternadores odinamos.

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmenteuno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corrienteeléctrica produce los ampervueltas necesarios para crear el flujo establecido en el conjuntode la máquina. Alternadores, motores.

Las máquinas rotativas poseen una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor.Normalmente el rotor gira en el interior del estator debido, entre otras cosas, al espacio deaire existente entre ambos se denomina entrehierro.

Existen dos tipos de motores eléctricos a corriente alterna:

Motor Síncrono

El Motor Asíncrono o de Inducción

DefiniciónLos motores asíncronos y los motores síncronos, difieren unos de los otros prácticamente,por la velocidad de sincronismo (n).

La velocidad síncrona depende únicamente de la frecuencia de alimentación f y del númerode pares de polos, p, con los que está constituida la máquina mediante la siguienteexpresión:

Donde:n = velocidad sincrónica f= frecuencia en Hzp = número de pares de polos



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Una de las características de los motores asíncronos o de inducción es que la velocidad de éstos esinferior a la velocidad de sincronismo, esto es debido a que el flujo creado por el estator es másrápido que el movimiento ejercido por el rotor, por lo que este tendrá un movimiento casi constante.Pueden mencionarse dos tipos principales de motores de inducción que son: el motor trifásico conrotor en jaula de ardilla y el motor trifásico con rotor bobinado con anillos rozantes, allí se deriva todala gama de motores de CA conocidos. Los parámetros más importantes de cualquier motor trifásicoson:

1) Potencia: en Watts o en HP

2) Factor de servicio: es la relación entre la potencia máxima verdadera de la máquina, y supotencia nominal o dicho de otra forma, indica cuanta carga en forma temporal, puede tomarun motor (al operar un motor con una capacidad superior a la de la placa, la temperaturatiende a elevarse tanto como en relación a la potencia)

1.2 Clasificación de los motores trifásicosPodemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y porel número de fases de alimentación. Vamos a ello:

§ Por su velocidad de giro.

1. Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campomagnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.

2. Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnéticodel estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Donde el rotor es la parte móvil delmotor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación:

- Motores síncronos trifásicos.- Motores asíncronos sincronizados.- Motores con un rotor de imán permanente.

§ Por el tipo de rotor.- Motores de anillos rozantes.- Motores con colector.- Motores de jaula de ardilla.

§ Por su número de fases de alimentación.- Motores monofásicos.- Motores bifásicos.- Motores trifásicos.- Motores con arranque auxiliar bobinado.- Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.

1.3 AsincrónicoSi se realizara a nivel industrial una encuesta de consumo de la energía eléctrica utilizada enalimentar motores, se vería que casi la totalidad del consumo estaría dedicado a los motoresasincrónicos.



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Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magnético alimentadocon corriente continua como en los casos del motor de corriente directa o del motorsincrónico.

Una fuente de corriente alterna (trifásica, bifásica o monofásica) alimenta a un estator. Lacorriente en las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor(de manera algo similar a un transformador) y el rotor es obligado a girar.

De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:§ Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

§ Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

Rotor tipo jaula de ardillaEl rotor jaula de ardilla se clasifica en dos tipos, rotor jaula deardilla simple y rotor jaula de ardilla doble.

El rotor jaula de ardilla simple, Fig1. Es el usado para motorespequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera de 6 a8 veces a la intensidad nominal del motor. No soporta los picosde cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula deardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranqueno supera el 140% del normal.

Fig. 1Rotor jaula de ardilla simple

El rotor jaula de ardilla doble, Fig. 2 Este tipo de rotor la ranura esdoble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Lasdos ranuras estan separadas físicamente, aunque en el dibujo no seobserve, posee una intensidad de arranque de 3 a 5 veces laintensidad nominal y su par de arranque puede ser de 230% lanormal. Estas características hacen que este tipo de rotor sea muyinteresante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es másempleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sinnecesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejorestabilidad Fig. 2 El rotor jaula de ardilla doble

Rotor bobinado y anillos rozantesEl rotor de anillos rozantes, Fig. 3. se denomina rotor de anillos rozantes por que cadaextremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases delbobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos.Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistenciaretórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo dedichas resistencias externas, del 150% y el 250% del parnominal.

La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidadnominal del motor.

Fig. 3El rotor de anillos rozantes



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1.4 SincrónicoSe denomina motor síncrono a un tipo de motores eléctricos de corriente alterna.

Si un rotor girando, está magnetizado de manera permanente en dirección transversal y seencuentra dentro del estator, será arrastrado por atracción magnética a la velocidad a la queestá girando el campo.

Esta velocidad se llama velocidad síncrona, o velocidad de sincronismo, y el resultado de ladisposición descrita es un motor síncrono.

Su velocidad está exactamente sincronizada con la frecuencia de línea.Pequeños motores síncronos se encuentran en relojes eléctricos para asegurar unamedición de tiempo precisa, pero también se utilizan en la industria.

En grandes motores síncronos industriales el rotor es un electroimán y está excitado por lacorriente directa.Una característica del motor síncrono es que si el rotor es "sobreexcitado", esto es, si elcampo magnético es superior a un cierto valor, el motor se comporta como un capacitor através de la línea de poder.

Esto puede ser útil para la corrección del factor de potencia en plantas industriales que usanmuchos motores de inducción.De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores sincrónicos se clasifican en:

§ Rotor de excitación con imán permanente.

§ Rotor de excitación independiente.

Rotor de excitación con imán permanenteSobre el que van aplicados distintos imanes permanentes, y por un cierto número debobinas excitadoras bobinadas en su estator. Fig 4 Así, las bobinas son parte del estator y elrotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) debe serexternamente manejada por un controlador.

Son usados en robótica.

Esto puede ser útil para la corrección del factor de potenciaen plantas industriales que usan muchos motores deinducción.

Fig. 4 Rotor de excitación con imán permanente

Rotor de excitación independienteEste tipo de rotor no esta conectado a la red eléctrica y el estator consta de tres bobinasfísicamente independientes. Su conexión se realiza en una placa de bornes. Fig. 5Las bobinas del rotor no estan conectadas a red, se genera una f.e.m como consecuenciadel campo magnético giratorio.



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Rotor de excitación independienteFig. 5

2. Motor asincrónico de inducción con rotor en jaula de ardilla.

DefiniciónFinalmente aquí llegamos al motor eléctrico por excelencia. Es el motor relativamente másbarato, eficiente, compacto y de fácil construcción y mantenimiento.

Siempre que sea necesario utilizar un motor eléctrico, se debe procurar seleccionar un motorasincrónico tipo jaula de ardilla y si es trifásico mejor.

En la aplicación industrial las máquinas de inducción con rotor devanado no es muyfrecuente, debido a que es posible una solución mucho más económica y práctica. El campoproducido por las bobinas del estator produce fuerza electromotriz sobre cualquier conductorlocalizado en el rotor. En lugar de construir un bobinado similar al del estator, se puedencolocar barras conductoras en la periferia del rotor. Sobre estas barras, paralelas al eje de lamáquina, se inducen fuerzas electromotrices por el campo magnético rotatorio producido enel estator. Si estas barras están cortocircuitadas en sus extremos mediante dos anillosconductores, circula corriente por las barras y se genera un campo magnético rotatorio en elrotor. La interacción entre los dos campos magnéticos rotatorios produce el par eléctrico.

El rotor de jaula de ardilla es muy simple desde el punto de vista constructivo, además escapaz de soportar esfuerzos eléctricos y mecánicos mucho mayores que el rotor devanado.En este rotor no es posible incluir resistencia adicional en serie con los conductores. Sinembargo, durante la construcción del rotor se puede variar el valor de la resistenciacontrolando el espesor de los anillos que cortocircuitan las barras.

La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motorsíncrono. El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluye una serie deconductores que se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para lasardillas.

Partes principales1. Estator: Representa una de las partes del circuito magnético del motor, esta formado

por paquetes de láminas de acero al silicio troquelados en forma de ranuras, con elobjetivo de que el bobinado del estator pueda alojarse en dichas ranuras, las cualesvarían en dependencia del tamaño o tipo del motor.



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2. Rotor : Estos pueden ser de dos tiposa. Rotor jaula de ardilla, fig.6.Está constituido por barras que sevacían sobre el rotor destinado para estefin. Por lo general las barras son dealuminio y al fundirse en el rotor, debidoa la forma que se les da, quedan unidasentre sí en cortocircuito en la forma deuna jaula de ardilla.

Fig. 6 Rotor jaula de ardilla

b. Rotor devanado, Fig.7.Se le llama así por que su bobina estadevanada en las ranuras. Está formado porpaquetes de láminas troqueladas, montadassobre la flecha o eje. Las bobinas se devanansobre las ranuras y su arreglo depende delnúmero de polos y de fases.La flecha es el elemento que proporciona laenergía mecánica a la carga

Fig.7. Rotor devanado,

3. Carcaza o soporte: La carcaza recibe también el nombre de soporte por ser elelemento que contiene el estator y los elementos auxiliares del motor.

Auxiliares: Fig 8Los auxiliares del motor de inducción son elementos necesarios para elfuncionamiento de éste y son: Tapas anterior y posterior, Chumaceras, Tornillos de sujeción,Caja de conexiones, base o soporte.

Fig. 8 Partes Principales y auxiliares



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Principio de FuncionamientoAl aplicar una tensión en las terminales del estator se produce una fuerza magnetomotrizuniforme y giratoria. Si suponemos, que el rotor es tipo jaula de ardilla fig. 9, en cada barrase induce una fuerza magnetomotriz de sentido opuesto, ésta hace circular una corriente yse produce un par que hace girar el rotor.

Fig. 9Se alimenta con corriente alterna en el estator, de esta forma se produce el campomagnético rotatorio. Este campo posee una amplitud constante en el tiempo, pero varía en elespacio. La velocidad de giro del campo magnético rotatorio está definida por la frecuenciade las corrientes inyectadas en el estator de la máquina.

Tipos y aplicación de los motores Jaula de ardilla.La asociación nacional de fabricantes de equipos eléctricos (NEMA), con el fin de teneruniformidad en las aplicaciones, ha desarrollado un sistema de identificación con letras en lacual cada tipo de motor comercial de inducción de jaula de ardilla se fabrica de acuerdo condeterminada norma de diseño y se coloca en determinada clase, identificada con una letra.Las propiedades de la construcción eléctrica y mecánica el rotor, en las cinco clases NEMAde motores de inducción de jaula de ardilla, se resume en la siguiente tabla:

Características de los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla de acuerdo conla clasificación en letras NEMA.Clase NEMA

Par de arranque(# de veces el nominal)

Corrientede

Arranque

Regulaciónde

Velocidad(%)

Nombre de claseDel motor

A

B

C

D

F

1.5-1.75

1.4-1.6

2-2.5

2.5-3.0

1.25

5-7

4.5-5

3.5-5

3-8

2-4

2-4

3.5

4-5

5-8 , 8-13

mayor de 5

Normal

De propósito general

De doble jaula alto par

De alto par alta resistencia

De doble jaula, bajo par ybaja corriente de arranque

*Los voltajes citados son para el voltaje nominal en el arranque.



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Clase AEl motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para uso avelocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación decalor, y barras con ranuras ondas en el motor. Durante el periodo de arranque, la densidadde corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, ladensidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina algo de alta resistencia ybaja reactancia de arranque, con lo cuál se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 vecesel nominal ( a plena carga). El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia delrotor producen una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal. Tiene la mejorregulación de velocidad pero su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corrientenominal normal, haciéndolo menos deseable para arranque con línea, en especial en lostamaños grandes de corriente que sean indeseables.

Las designaciones Nema más comunes son:

Clase BEste motor tiene las siguientes características: par de arranque normal y baja corriente dearranque. Este motor es el más usado de los del tipo jaula de ardilla, ya que tiene un par dearranque y un par a rotor bloqueado, adecuados para el arranque de una gran variedad demáquinas industriales; toma una corriente aceptable a pleno voltaje.

Algunas de las aplicaciones generales de estos motores son:En máquinas herramientas, como son tornos, esmeriles, fresas, etc.

Para accionar ventiladores, en sopladores para extracción de humos en chimeneas de tiroforzado, extracción de gases, etc.Para accionar bombas centrífugas ( para bombear agua y líquidos más densos que el aguahasta de 10HP. Son capacidades adecuadas)

Para accionar prensas, trituradores, molinos de baja carga compresores de arranque sincarga, etc.

El deslizamiento a plena carga de estos motores varían entre 1.5 y 3%, los motores de másde 200HP pueden tener deslizamiento menores del 1%.

Clase CEstos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par dearranque y una menor corriente de arranque.

Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea engrandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de lacorriente se concentra en el devanado superior.

En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecuamejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.Algunas aplicaciones típicas de estos motores son:



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En compresores de movimiento alternativo (bajo condiciones de carga), elevadores,transporte de material, trituradores, pulverizadores, alimentadores al horno, de hornos, etc.

Estos motores generalmente se diseñan con un par a rotor bloqueado arriba de 200%, estepar se refiere al par a plena carga, cuyo valor es menor al 195%. El deslizamiento a plenacarga de estos motores varía de 1.5 a 3%.

Clase DLos motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también comode alto par de arranque, baja corriente de arranque y alto deslizamiento.

Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranurascercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación deresistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en los motores de las clasesanteriores.

Las máquinas impulsadoras para estos motores generalmente están provistas de un volante,que tiene una inercia considerable; en vacío, éstos operan con un deslizamiento muypequeño que crece cuando se aplica la carga máxima considerablemente, permitiendo alsistema absorber la energía del volante.Cuando el motor opera con cargas no intermitentes, entonces no es necesario el uso delvolante. Este tipo de motores se usa generalmente en punzadoras, bombas de movimientoalternativa, desmenuzadoras, etc

Clase FTambién conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Están diseñadosprincipalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente dearranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado dearranque como en el de marcha y tiende a aumentar la impedancia de arranque y demarcha, y a reducir la corriente de marcha y de arranque.

El rotor de clase F se diseño para remplazar al motor de clase B. El motor de clase Fproduce pares de arranque aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas corrientesde arranque de 2 a 4 veces la nominal.

Los motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo de lalínea. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de marcha, estosmotores tienen menos regulación de voltaje que los de clase B, y en general son de bajaeficiencia de funcionamiento.

2.1Motor Asíncrono trifásico en conexión dos tencionesDefiniciónSi se desea arrancar un motor trifásico con un interruptor estrella–triángulo a dos tensionesdistintas o si las tensiones de las redes están en la relación en triángulo/tensión estrella, seemplean motores de tensiones conmutables. En ellos, cada fase esta dividida en la mismarelación que las tensiones de alimentación.



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Según la tensión elegida, las fases parciales se conectarán en serie o en paralelo.

Si se dispone de un devanado adicional, por el que no circula corriente a la tensión másbaja, se puede conectar también, el motor a una tercera tensión.

Un motor conectado según al Fig. Puede arrancarse en estrella-triángulo, a 220, 440 ó 500Voltios y se denomina motor con tensión conmutable, Fig. 10.

Conectado en estrella puede trabajar también a 380, 760 ó 865 Voltios. Este tipo de motoresse emplea principalmente en maquinaria para construcción.

Motor con tensión conmutableFig.10

Motor para arranque estrella-deltaSon varias las características importantes que debe cumplir el motor para lograr estearranque, dentro de las que se pueden mencionar:

El motor debe funcionar perfectamente a la tensión nominal en la conexión delta o triánguloindicados en la placa; por tanto, los motores que se pueden conectar en conexión (Y- ) son:Tipos de conexiones para Motores de diferentes tensiones.

Conexiones para diferentes tensiones de trabajo en un motor de 12 puntas



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§ Con tensión de red de 220 V. Los motores en cuya placa de características se leeV=220/380 V.

§ Con tensión de red de 380 V

Los motores en cuya placa de características se lee V=380/660 V

CaracterísticaPara conectar motores en conexión Y- ; éstos deben ser bifásicos como arriba se indica;ejemplo: 220/380 V y 127/220 V.

Otra de las características importantes es la cantidad de bornes de salida del motor trifásico,estos se podrán arrancar únicamente con seis puntas o múltiplo de seis, entre los máscomunes se indican U – V— W como principios de fases, y X – Y – Z como los finales defases.

En motores con potencias superiores a 30 ó 40 HP, se presentan tensiones inducidas quepermanecen en el motor, aún después de que se ha realizado la desconexión estrella, y sise realiza inmediatamente la conexión triangulo, pueden presentarse en oposición de fasecon la red y ser suficientemente altas, como para generar una violenta corriente transitoria.

Este inconveniente se elimina retardando un poco la conexión triángulo de 3 a 7 segundos.

Motor de polos conmutablesEn los motores trifásicos, variando el número de polos, se puede cambiar la velocidad degiro.

Los motores de este tipo son en general motores con rotor en jaula de ardilla; aunque en losmotores de anillos rozantes el devanado rotórico debe ser conmutable.

Los motores de polos conmutables en ejecución normal, se suministran sólo para conexióndirecta Fig. 11, a cualquiera de las velocidades.

El devanado se realiza en conexión dahlander para dos velocidades de rotación, en larelación 1:2.

Se pueden utilizar distintos tipos de conmutar, como se muestra en la fig. 12

Fig. 11 Conexión directa



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Fig.12 Distintos tipos de conmutar

2.2. Motor Asincrónico trifásico de dos velocidades (Conexión Dahlander),

(Fig. 13)

DefiniciónEs un sistema especial para cambiar el número de polos, y tiene una gran importanciacuando se conmuta entre dos frecuencias de giro diferentes.

Principio de funcionamiento.El devanado estatórico se compone en este caso de seis bobinas que, según la posición delconmutador, se combinarán en serie o en paralelo, dando lugar a devanados con dosnúmeros de polos distintos.

El motor podrá tener dos frecuencias de giro diferentes que, sin embargo, siempre estaránen una relación de 1:2. A la frecuencia de giro baja, y por tanto con el número mayor depolos, el devanado del estator se encuentra conectado en triángulo, con dos bobinas enserie en cada una de las ramas. A la frecuencia de giro elevada, las bobinas se encuentranconectadas en paralelo dos a dos, y todo el devanado se encuentra conectado en estrella.Este circuito se denomina también; conexión en doble estrella.

Tipos de conexiones para el motorDAHLANDER

a) Conmutador y caja de bornes;b) Conexión de los devanados del

estator



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Conexión Dalhander, Fig. 13

Para una de las velocidades, la red se conecta en los tres bornes correspondientes. Para lasegunda, éstos se conectan entre sí, y la red se conecta en los otros tres bornes.

La mayor parte de veces, tanto en alta como en baja velocidad, el arranque se efectúa porconexión directa a la red sin ningún dispositivo especial (arranque directo).

En ciertos casos, si las condiciones de utilización lo exigen y si el motor lo permite, eldispositivo de arranque conecta primero automáticamente la velocidad baja antes que la altao antes de la parada.

Según las corrientes absorbidas en baja velocidad y en alta velocidad, la protección puedeefectuarse mediante un mismo relé térmico para las dos velocidades o con dos diferentes(uno para cada velocidad).

Generalmente, estos motores tienen un rendimiento y un factor de potencia demasiadobajos.

Los fabricantes de máquinas con cambio del número de polos en conexión Dahlander diseñan losdevanados de modo que la razón de las potencias tome valores entre:



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3. Motor Asíncrono trifásico de AC. De inducción con rotor bobinado.DefiniciónLos motores trifásicos más importantes son los asíncronos. Los diversos tipos de motores secaracterizan por las diferentes clases de rotores, dentro de los cuales se encuentra el motorde rotor bobinado o de anillos rozantes Fig. 14.

Motor de rotor bobinado o de anillos rozantesFig. 14

Partes principalesEl motor de inducción trifásico esta compuesto fundamentalmente de dos partes: el rotor y elestator. Fig 15

Estator Carcaza: es la estructura soporte del conjunto; de construcción robusta en hierrofundido, acero, o aluminio inyectado, resistente a la corrosión y presentan aletas.

Esas aletas sirven para eliminar el calor producido dentro del motor con la ayuda delventilador.

Núcleo de chapas: las chapas son de acero magnético, tratadas térmicamente para reduciral mínimo las pérdidas en el hierro.

Bobinado Trifásico: son tres conjuntos de bobinas, una para cada fase, formando unsistema trifásico conectado a la red de alimentación.

RotorEje: transmite la potencia mecánica desarrollada por el motor. Es tratado Térmicamentepara evitar problemas como deformación y fatiga.

Núcleo de chapas: estas chapas poseen las mismas características que el material delestator.

Barras y anillos de cortocircuito: son de aluminio fundidos a presión en una pieza única.

Otras partes del motor a inducción trifásico:

§ Tapas.



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§ Ventilador.

§ Protección delVentilador.

§ Cajas deconexiones.

§ Placa debornes.

§ Rodamientos orulemanes.

Fig. 15 Partes principales

Lo que caracteriza al motor de inducción es que sólo el estator es conectado a la red dealimentación. El rotor no posee conexiones al exterior, como es el caso de los bobinados delestator y las corrientes que circulan en él, son inducidas electromagnéticamente por elestator, de donde surge el nombre de motor de inducción.

Los motores trifásicos no requieren de dispositivo adicional para el arranque, pues lasecuencia de fases R-S-T de por sí ya genera un campo giratorio.

Principio de funcionamientoComo el motor en jaula de ardilla, tiene el inconveniente de que durante su funcionamientono existe modo alguno de influir desde el exterior, sobre la corriente del circuito rotórico.

El motor rotor devanado cuenta con esta posibilidad, en un motor de rotor bobinado y anillosrozantes, en el que puede variarse la resistencia del circuito del rotor, conectando resistoresadicionales, pues los extremos de los devanados del rotor son accesibles desde el exterior,a través de los anillos rozantes.

En este tipo de motores, la resistencia retórica permite determinar:

§ Su par de arranque§ Su velocidad.

En efecto, la conexión permanente de una resistencia en bornes del rotor de un motor deanillos disminuye su velocidad, y tanto más cuanto más elevado sea el valor de estaresistencia. Es una solución sencilla para hacer variar su velocidad.

Ajuste de la velocidad por deslizamientoEstas resistencias rotóricas o «de deslizamiento» pueden cortocircuitarse en variosescalones para obtener o un ajuste discontinuo de la velocidad, o una aceleración progresiva



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y el arranque completo del motor. Deben de poder soportar todo el tiempo defuncionamiento, sobre todo cuando se utilizan para variar la velocidad.

Por esto, su volumen a veces es importante y su coste elevado.

Este sistema extremadamente simple se utiliza cada vez menos porque tiene dosinconvenientes importantes:

§ Durante la marcha a baja velocidad, una gran parte de la energía absorbida dela red se disipa, como pérdidas, en las resistencias.

§ La velocidad obtenida no es independiente de la carga, sino que varía con elpar resistente aplicado a la máquina sobre su árbol motor

Para una resistencia dada, el deslizamiento es proporcional al par. Así por ejemplo, la bajavelocidad obtenida mediante resistencia puede ser del 50% a plena carga y sólo del 25% amedia carga, mientras que la velocidad en vacío resulta prácticamente invariable.

Si un operario supervisa permanentemente la máquina, puede, modificando el valor de laresistencia según la demanda, fijar la velocidad en una cierta zona para pares relativamenteimportantes, pero, para pares bajos, resulta prácticamente imposible realizar cualquierajuste.

En efecto, si para obtener un punto de funcionamiento «a baja velocidad y con poco par» seinserta una gran resistencia, la mínima variación de par resistente hace pasar la velocidadde cero hasta casi el 100%. La característica es demasiado inestable.

Para las máquinas con variación especial de par resistente en función de la velocidad, elajuste puede resultar también imposible.

Con un mismo par, la velocidad disminuye cuando la resistencia rotórica aumenta.

Velocidad sincrónica ( ns)Velocidad sincrónica del motor es definida por la velocidad de rotación del campo giratoriodel estator, se mide en revoluciones por minuto (rpm), la cual depende de la cantidad depolos (2p) del motor y de la frecuencia (f) de la red en Herz. Los bobinados pueden serconstruidos por uno o más pares de polos, que se distribuyen alternadamente (un polo nortey un polo sur) a lo largo de la periferia del núcleo magnético. El campo giratorio recorre unpar de polos (p) en cada ciclo. Así, como el bobinado tiene polos o pares de polos, lavelocidad del campo magnético del estator será:

f = 50 Hz.p = número de polos, es siempre un número par.



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La velocidad con que gira el eje del motor es siempre menor que la velocidad sincrónica, deesta característica proviene el nombre de motor asíncrono.

Ejemplos:

a) Cual es la rotación sincrónica de un motor de polos a 50 Hz.

b) Cual es la rotación sincrónica de un motor de 4 polos a 50 Hz.

Se nota que a medida que aumenta la cantidad de polos de un motor, su velocidad vadisminuyendo.

"El número de polos es siempre un número par: 2 polos, 4 polos, 6 polos".

Velocidades sincrónicasN° de polos Velocidad sincrónica

(Vueltas por minuto)60 hertz 50 hertz

2 3.600 3.0004 1.800 1.5006 1.200 1.0008 900 750

Deslizamiento (S)Se entiende por deslizamiento la diferencia entre la velocidad síncrona del motor (n) y lavelocidad medida en el eje del motor (n). El resultado del deslizamiento es un valorporcentual. Por lo tanto

Para un deslizamiento s (%), la velocidad n del motor se expresa como:

Ejemplo:Calcular el deslizamiento de un motor de seis polos, 50 Hz., si su velocidad medida en su ejees de 960 rpm.Para 6 polos n = 1000 rpm.



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Relación e influencia del conexionado de un sistema trifásico

Esquema Simplificado de conexión de sus bobinadosEn la conexión del devanado del rotor en un motor con anillos rozantes, Fig. 16. El estatorconsta de carcasa, paquete de chapas y devanado estatórico y el rotor se apoya en lacarcasa por medio de cojinetes.

El árbol del rotor lleva el paquete de chapas y los anillos rozantes. El devanado rotórico estádispuesto en las ranuras de dicho paquete de chapas. Casi siempre el devanado del rotortiene tres fases (devanado trifásico) Fig16a , conectadas generalmente en estrella, yraramente en triangulo. A veces, el devanado del rotor esta formado por dos fases(devanado bifásico), conectado en V (conexión delta abierta o triangulo abierto),generalmente por motivos económicos, ya que se ahorra uno de los resistores de arranquecomo en la fig.1.6 b

Conexión del devanado del rotor en un motor con anillos rozantesFig.16 a) Para devanado trifásico, b) para devanado bifásico

El devanado del rotor presenta un gran número de espiras, y la sección de sus conductoreses pequeña. Por lo tanto, la resistencia óhmica del devanado de un rotor bobinado y anillosrozantes será mucho mayor que la del rotor en jaula de ardilla.

La conexión trifásica se realiza dentro del devanado, estando el devanador rotóricoconectado siempre a tres anillos rozantes. La conexión con los anillos se realiza a través detres escobillas de carbón. Los bornes de las tres fases del devanado del rotor se denominanK, L y M y el punto neutro Q se saca al exterior a través de los anillos.

Para el devanado bifásico del rotor conecte como se indica en la fig.1.6 b.

En los devanados trifásicos las tensiones existentes entre los tres anillos rozantes soniguales. En los devanados bifásicos la tensión entre los bornes K y Q es igual a la existenteentre los bornes L y Q, mientras que la tensión que se mide entre K y L será Ö2 vecesmayor que las otras dos.



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EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓNDespués del estudio de la unidad I, te sugiero que realices los siguientes ejercicios deautoevaluación, lo que permitirá fortalecer tus conocimientos.

I. Responda la siguiente pregunta.1. ¿Qué es un motor eléctrico?

2. ¿Mencione los tipos de motores de Corriente alterna que existen?

3. ¿De acuerdo a su rotor cómo se clasifican los motores asíncronos?

4. ¿Explique el funcionamiento de un motor asíncrono?

5. ¿Qué diferencia existe entre un motor asíncrono y síncrono?

6. ¿Mencione los tipos de rotor del motor asíncrono?

7. ¿Mencione las partes de un motor trifásico y explique tres de ellas?

8. ¿Explique el funcionamiento de un motor síncrono?

9. ¿Mencione los tipos de motores jaula de ardilla?

10. ¿En que consiste el motor de conexión dos tensiones?

11. ¿En que consiste el motor de conexión Dalhander?



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Unidad Modular II: Motores asincrónicos Trifásicos conectados a la red dealimentación monofásica.

1. Motor Asíncrono trifásico conectado a la red monofásica.GeneralidadesEn los motores de jaula de ardilla simple, se puede cablear un circuito denominadoSteinmetz.

Un motor trifásico puede emplearse en una red monofásica, con la ayuda de uncondensador permanente. Aunque es naturalmente imposible obtener las mismascondiciones originales de funcionamiento, este sistema permite ampliar el campo deaplicación de determinado tipo de herramientas y maquinaria.

Principio de funcionamiento del motor trifásico como monofásico.En dicho circuito se alimenta el motor con dos fases, y entre una de las fases y la fase quequeda libre, se coloca un condensador. De esta manera, se logra desfasar en 90º la fasecompartida, de otra forma no se produciría el par de arranque necesario para hacerfuncionar el motor.El funcionamiento es idéntico aun arranque en estrella, puesto que las dos fases estarían enserie actuando como un devanado principal, y la tercera fase, estaría adelantada 90º.

Esta técnica solo es útil usarla para motores de jaula de ardilla simple de baja potencia, quetengamos abandonados y queramos usarlo por alguna causa momentánea.

Tipo y capacidad del condensador necesario.Los valores aproximados de la capacidad del condensador necesario se indican en lasiguiente tabla. Debido al paso de la corriente del condensador a través del devanado delmotor, su tensión de trabajo es superior a la de la red:

Rendimiento del motorLos valores que se pueden esperar de un motor trifásico conectado a una red monofásicason los siguientes:

§ Par de arranque: del 25 al 30% del par nominal

§ Potencia máxima: del 70 al 80% de la potencia nominal

NOTA: Si el par de arranque es insuficiente, se puede mejorar añadiendo un condensadorde arranque, de valor de capacidad aproximadamente doble al indicado. Este condensadordebe dimensionarse tras efectuar ensayos de aplicación real.



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Hay que tener en cuenta, que el motor pierde un 25% de su potencia, vamos que solo es útilpara casos muy especiales.

Para quien quiera calcular el valor del condensador, la formula es la siguiente:

Donde: VI: es la tension de la línea P: es la potencia del motor en CV F: es la frecuencia de la red

El sentido de giro se puede cambiar, intercambiando una de las fases con la fase que tieneel condensador.

2. Conexión del motor trifásico como monofásico enconexión estrella.Fig 17

Fig 17

3. Conexión del motor trifásico como monofásico enconexión triangulo. Fig 18

Fig 18

ConclusiónLa tabla siguiente permite visualizar rápidamente el conjuntode motores eléctricos disponibles, sus principalescaracterísticas y campos de aplicación.



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CONEXIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOSEn los motores eléctricos trifásicos con rotor Jaula de Ardilla podemos encontrar lasconexiones que se ilustran en la tabla No.1.

TABLA No. 1 - CONEXIÓN DE MOTORES



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De acuerdo con la tabla No. 1 los fabricantes efectúan combinaciones de estas conexionespara que los motores puedan funcionar con las dos tensiones de servicio a las cuales fuerondiseñados, Como se puede observar en la tabla No. 2.

TABLA No. 2: COMBINACIÓN DE CONEXIONES

NOTA: Las tablas No.1 y No. 2 hansido elaboradas teniendo como baseel análisis de un gran número demotores reparados.

CANTIDAD DE TERMINALES DECONEXIÓNLa cantidad de terminales deconexión varía de acuerdo con losdiseños específicos realizados por losfabricantes y con las formas en lascuales pueden ser arrancados losmotores (directo, estrella, triángulo,entre otros). De conformidad con loanterior es posible construir la tablaNo. 3.

TABLA No. 3 TERMINALES DECONEXIÓN

MARCACIÓN DE TERMINALES DE CONEXIÓNA continuación se ilustran la marcación de terminales según la norma americana NEMA y deacuerdo con la cantidad de terminales de conexión.



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SEIS TERMINALESConexión Y : Norma NEMA Fig 19

Fig 19

Conexión Triangulo: norma NEMA Fig 20

Fig 20

NUEVE TERMINALESConexión YY : norma NEMA Fig 21

Fig 21

Conexión Y: norma NEMA Fig 22

Fig 22



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Conexión Triángulo: norma NEMA Fig 23

Fig 23

Conexión Doble Triángulo: norma NEMA Fig 24

Fig 24

DOCE TERMINALESConexión YY : norma NEMA Fig 25

Fig 25

Conexión Y : norma NEMA Fig 26

Fig 26



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Conexión : norma NEMA Fig 27

Fig 28

Conexión : norma NEMA Fig 29

Fig 29

Los anteriores diagramas son aplicables a motores que arrancan en forma directa. Paraampliación de conceptos recomendamos consultar las normas internacionales IEC-34-8 yNEMA MG-1, como también leer y analizar en profundidad los manuales e indicaciones delos fabricantes ya que existen conexiones especiales como la de Devanado Partido,conexión Estrella-Triángulo, y las de motores de doble velocidad, las cuales no seencuentran en este documento.

EQUIVALENCIASPara efectos de equivalencias, a continuación presentamos un símil entre la marcación determinales según norma NEMA MG-1 y según norma IEC-34-8.

DEVANADOS CON SEIS TERMINALES - NORMA IECEQUIVALENCIA ENTRE NORMAS Fig 30

Fig 30



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DEVANADOS CON NUEVE TERMINALES-NORMA IECEQUIVALENCIA ENTRE NORMA Fig 31

Fig 31

DEVANADOS CON DOCE TERMINALES-NORMA IECEQUIVALENCIA ENTRE NORMAS Fig 32

Fig 32

EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓNDespués del estudio de la unidad II, te sugiero que realices los siguientes ejercicios deautoevaluación, lo que permitirá fortalecer tus conocimientos.

I. Responda la siguiente pregunta.1. ¿Explique el principio y funcionamiento de un motor trifásico como monofásico?

2. ¿Cómo es la eficiencia de un motor trifásico que trabaja como monofásico?

3. ¿Cómo se invierte el sentido de giro de un motor trifásico que trabaja como monofásico?



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GLOSARIO

El estatorEs la parte fija del motor. Una carcasa de acero o aleación ligera rodea una corona dechapas delgadas (del orden de 0,5 mm de grosor) de acero al silicio. Las chapas estánaisladas entre sí por oxidación o mediante barnices aislantes.

El rotorEs el elemento móvil del motor. Igual que el circuito magnético del estator, está constituidopor un apilamiento de chapas finas aisladas entre sí y forman un cilindro claveteadoalrededor del árbol o eje motor.

Corriente continua (c.c.):Es el flujo continuo de electricidad a través de un conductor entre dos puntos de distintopotencial.

Corriente alterna (c.a.):En este caso, las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección del punto demayor potencial al de menor potencial.

Par de giro:Es la fuerza con que gira un eje. Se mide en kilogramo*metro (MKS) o newton*metro (S.I.).

Par motor:Es la fuerza con que gira un motor. El giro de un motor tiene dos características: el par motory la velocidad de giro. Por combinación de estas dos se obtiene la potencia.

Eficiencia:La eficiencia o rendimiento de un motor eléctrico es una medida de su habilidad paraconvertir la potencia eléctrica que toma de la línea en potencia mecánica útil. Se expresausualmente en porciento de la relación de la potencia mecánica entre la potencia eléctrica,esto es:

Motores con dos devanados independientes:Estos motores tienen dos velocidades, y se construyen de tal forma que cada devanado seejecuta, interiormente, con un número de polos diferente y por tanto, según se conecte a lared uno u otro devanado, el motor girará con un número de revoluciones diferente. En estetipo de motores suelen conectarse ambos devanados en estrella y las combinaciones depolos más frecuentes son: 6/2, 6/4, 8/2, 8/6, 12/2 y 12/4.

Motores con un solo devanado, en conexión Dahlander:Estos motores, de dos velocidades, se construyen con un devanado trifásico normal, peroconectado interiormente de tal forma, que según se conecten los bornes exteriores a la red,el motor tendrá un número de polos u otro distinto, pero siempre doble el uno del otro; portanto tendrá dos velocidades de rotación, una doble que la otra, la conexión de susdevanados, se realiza en triángulo o estrella, para la velocidad menor y en doble estrellapara la mayor, y las combinaciones de polos más frecuentes son: 4/2, 8/4 y 12/6.



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Motores con un devanado Dahlander y otro independiente:Con este tipo de motores se consiguen tres velocidades diferentes, dos con el devanado enconexión Dahlander y la tercera con el devanado independiente, que estará construido conun número de polos distinto a las dos polaridades obtenidas con el primero. Lascombinaciones de polos más frecuentes son: 6/4/2, 8/4/2, 8/6/4, 12/4/2, 12/6/4, 12/8/4,16/12/8 y 16/8/4.

Motores con dos devanados Dahlander:Con este tipo de motores se consiguen cuatro velocidades, dos con cada devanado, quehan de estar diseñados para polaridades diferentes el uno del otro, siendo lascombinaciones de polos más utilizadas: 12/8/6/4 y 12/6/4/2.

Corto circuito:Se produce por el contacto repentino de dos o más conductores de corriente o una línea decorriente y un conductor a tierra.

BIBLIOGRAFIA§ Manual de equipo eléctrico y electrónico, Coyne Electrical School editorial uthea, 654

pp.

§ Stephen J. Chapman, Máquinas Eléctricas (2° edición),

§ Fitzgerald, Máquinas Eléctricas (2° edición), McGraw-Hill, 1992.

§ ABC Maquinas Eléctricas.

§ GTZ- Superior.

instituto nacional tecnologico direccion...

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