REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

I.U.P “SANTIAGO MARIÑO”

ELECTIVA IV.( ELEMENTOS DE MAQUINA)

ING. ELECTRÓNICA.

MOTORES.

Presentado por:

BARCELONA, MAYO 2015

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INTRODUCCIÓN

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía

eléctrica en energía mecánica por medio de campos magnéticos variables, los

motores se componen en dos partes una fija llamada estator y una móvil

llamada rotor.

Estos funcionan generalmente bajo los principios de magnetismo, los

cuales son desarrollados en el interior de la investigación, además de ello se

especificara la clasificación de los mismos, que serían de Corriente Directa,

de Corriente Alterna y los Motores Universales y según el número de fases en

Monofásicos, Bifásicos y Trifásicos, siendo este último el más utilizado a nivel

industrial.

Los motores eléctricos se hallan formados por varios elementos, los

cuales son definidos en el contenido de la presente investigación, sin embargo,

las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de

conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar

solo con el estator y el rotor.

Por otra parte se explica las principales conexiones con las que es

posible la alimentación de los motores eléctricos, detallando cada una de ellas,

las ventajas que suelen proporcionarle, entre otras. También se hace hincapié

en un tema muy importante para la conservación de los motores eléctricos,

como lo es el mantenimiento preventivo de los mismos, donde se indaga a el

alargamiento de la vida útil del motor y disminuir pérdidas y deformaciones del

mismo, finalizando la investigación con una serie de recomendaciones para la

instalación y mantenimiento de los motores eléctricos.

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MOTOR FASE PARTIDA. 

Un motor monofásico de fase partida es un motor de inducción con dos

bobinados en el estator, uno principal y otro auxiliar o de arranque.

Es uno de los distintos sistemas ideados para el arranque de los motores

asíncronos monofásicos. Se basa en cambiar, al menos durante el arranque,

el motor monofásico por un motor bifásico (que puede arrancar sólo). El motor

dispone de dos devanados, el principal y el auxiliar; además, lleva incorporado

un interruptor centrífugo cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar

después del arranque del motor.

Funcionamiento.

Los motores monofásicos de fase partida tienen solo una fase de

alimentación, no poseen campo giratorio como en los polifásicos, pero si tienen

un campo magnético pulsante, esto impide que se proporcione un torque en el

arranque ya que el campo magnético inducido en el rotor está alineado con el

campo del estator. Para solucionar el problema del arranque es que se utiliza

un bobinado auxiliar que son dimensionados adecuadamente y posicionados

de tal forma que se crea una fase ficticia, permitiendo de esta manera la

formación de un campo giratorio necesario en la partida.

El arrollamiento auxiliar crea un desequilibrio de fase produciendo el

torque y aceleración necesarios para la rotación inicial. Cuando el motor llega a

tener una velocidad determinada la fase auxiliar se desconecta de la red a

través de una llave que normalmente actúa por una fuerza centrífuga (llave

centrífuga), también puede darse el caso que es reemplazado por un relé de

corriente o una llave externa. Como el bobinado auxiliar es dimensionado solo

para el arranque, si no se desconecta se quemará. Se fabrica hasta 1 CV. El

ángulo de desfasaje entre las corrientes de los bobinados de trabajo y arranque

es reducido, es por ésta razón que éstos motores tienen un torque de arranque

igual al nominal o ligeramente superior al nominal limitando su aplicación a

cargas mucho más exigentes.

Para el caso que nos ocupa, el devanado de arranque (DA) tiene menos

número de espiras de alambre fino, por lo que su resistencia es elevada y su

reactancia resulta reducida. El devanado de marcha (DM), por lo contrario,

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tiene muchas espiras de alambre mucho más grueso, siendo su resistencia

mucho más baja y su reactancia más elevada, es decir, que ante un voltaje

referencial, las corrientes que circulan por cada uno de los dos devanados no

estarán en fase por las marcadas diferencias en los aspectos constructivos. Por

el devanado de marcha siempre tiende a circular una corriente de mayor

magnitud que aquella que circula por el devanado de arranque. Sin embargo,

dado el desfase existente entre ambas corrientes y dado el desfase espacial de

los dos devanados, al conectar el motor, realmente se generará un campo

magnético bifásico que permitirá el desarrollo de un torque de arranque

resultante no nulo, que a su vez permitirá que el motor parta del reposo. El

sentido de aceleración siempre será el mismo sentido en que gire el campo

magnético giratorio producido por ambas corrientes, de tal forma que, este tipo

de motor es considerado como no reversible pero sí inversible (requiere

desconexión total de la fuente y Acciones conectivas).

EL MOTOR UNIVERSAL

Es un tipo de motor que puede ser alimentado con corriente alterna o

con corriente continua, es indistinto. Sus características principales no varían

significativamente, sean alimentados de una forma u otra. Por regla general, se

utilizan con corriente alterna. Son conocidos también con el sobrenombre de

motor monofásico en serie.

Características.

Funciona con corriente alterna y con corriente directa.

Posee un par de arranque muy elevado.

La velocidad es directamente proporcional a la corriente.

Se utiliza en herramientas manuales, electrodomésticos.

Para invertir el sentido de rotación, se invierte el sentido de la corriente en

cualquiera de los bobinados.

Principio de funcionamiento.

El motor eléctrico universal basa su funcionamiento en la ley de Laplace. El

bobinado inductor el bobinado inducido está conectados en serie. Al ser

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recorridos por una corriente, el bobinado inductor forma el campo magnético y

el inducido por la ley de Laplace, al ser recorrido por la corriente y sometido a

la influencia del campo magnético inductor, se desplaza, dando origen al giro

del rotor. Si aumenta el campo aumenta la fuerza, aumenta la velocidad. El

campo magnético que produce la bobina inducida, provoca una deformación

del flujo inductor llamada reacción del inducido. En Corriente alterna (CA) o en

corriente directa (CD) el sentido se mantiene por la acción momentánea

década alternancia en particular. En CA produce una fuerza contra

electromotriz por efecto transformador y por efecto generador. En CD sólo por

efecto generador.

Usos .

El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el

mayor par de arranque respecto al de los motores de inducción y por su

elevada velocidad de rotación, lo que permite reducir su tamaño y su precio.

Así, se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo,

electrodomésticos pequeños, etc.

MOTORES ASÍNCRONOS

Son máquinas rotativas de flujo variable y sin colector. El campo inductor

está generado por corriente alterna. Generalmente, el inductor está en el

estator y el inducido en el rotor. Son motores que se caracterizan porque son

mecánicamente sencillos de construir, lo cual los hace muy robustos y

sencillos, apenas requieren mantenimiento, son baratos y, en el caso de

motores trifásicos, no necesitan arrancadores (arrancan por sí solos al

conectarles la red trifásica de alimentación) y no se ven sometidos a

vibraciones por efecto de la transformación de energía eléctrica en mecánica,

ya que la potencia instantánea absorbida por una carga trifásica es constate e

igual a la potencia activa. Estas son las principales ventajas que hacen que sea

ampliamente utilizado en la industria. Como inconvenientes, podemos

mencionar que son motores que tienen bajos pares de arranque, que presentan

una zona inestable de funcionamiento y que el control de velocidad en amplios

rangos es complejo.

Principio de funcionamiento

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El motor asincrónico funciona según el principio de inducción mutua de

Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras, se

produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya

frecuencia será igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al

motor. Este campo al girar alrededor del rotor en estado de reposo, inducirá

corrientes en el mismo, que producirán a su vez un campo magnético que

seguirá el movimiento del campo estátórico, produciendo una cupla o par motor

que hace que el rotor gire (principio de inducción mútua). No obstante, como la

inducción en el rotor sólo se produce si hay una diferencia en las velocidades

relativas del campo estatórico y el rotórico, la velocidad del rotor nunca alcanza

a la del campo rotante. De lo contrario, si ambas velocidades fuesen iguales,

no habría inducción y el rotor no produciría cupla. A esta diferencia de

velocidad se la denomina "deslizamiento" y se mide en términos porcentuales,

por lo que ésta es la razón por la cual a los motores de inducción se los

denomina asincrónicos, ya que la velocidad rotórica difiere lévemente de la del

campo rotante. El deslizamiento difiere con la carga mecánica aplicada al rotor,

siendo máximo con la máxima carga aplicada al mismo. Sin embargo, a pesar

de esto, el motor varía poco su velocidad, pero el par motor o cupla aumenta (y

con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que

son motores de velocidad constante.

Eléctricamente hablando, se puede definir al motor asincrónico como un

Transformador eléctrico cuyos bobinados del estator representan el primario, y

los devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en

cortocircuito.

En el momento del arranque, producto del estado de reposo del rotor, la

velocidad relativa entre campo estatórico y rotórico es muy elevada. Por lo

tanto, la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se

opone siempre al del estator) es máximo. Como consecuencia, la impedancia

del estator es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta, pudiendo

llegar a valores de hasta 7 veces la intensidad nominal. Este valor no hace

ningún daño al motor ya que es transitorio, y el fuerte par de arranque hace que

el rotor gire enseguida, pero causa bajones de tensión abruptos y

momentáneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las lámparas

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lo cual es molesto, y puede producir daños en equipos electrónicos sensibles.

Los motores de inducción están todos preparados para soportar esta corriente

de arranque, pero repetidos y muy frecuentes arranques sin períodos de

descanso pueden elevar progresivamente la temperatura del estator y

comprometer la vida útil de los devanados del mismo hasta originar fallas por

derretimiento del aislamiento. Por eso se utilizan en potencias medianas y

grandes, dispositivos electrónicos de "arranque suave", que minimizan la

corriente de arranque del motor.

Al ganar velocidad el rotor, la corriente del mismo disminuye, el flujo

rotórico también, y con ello la impedancia de los devanados del estator,

recordemos que es un fenómeno de inducción mútua. La situación es la misma

que la de conectar un transformador con el secundario en corto a la red de CA

y luego con una resistencia variable intercalada ir aumentando

progresivamente la resistencia de carga hasta llegar a la intensidad nominal del

secundario. Por ende, lo que sucede en el circuito estatórico es un reflejo de lo

que sucede en el circuito rotórico.

Características.

La diferencia del motor asíncrono con el resto de los motores eléctricos

radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus

devanados (normalmente al rotor).

La corriente que circula por el devanado del rotor se debe a la fuerza

electromotriz inducida en él por el campo giratorio; por esta razón, a este

tipo de motores se les designa también como motores de inducción.

La denominación de motores asíncronos obedece a que la velocidad de

giro del motor no es la de sincronismo, impuesta por la frecuencia de la red.

Usos.

Hoy en día se puede decir que más del 80% de los motores eléctricos

utilizados en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad

prácticamente constante.

No obstante, y gracias al desarrollo de la electrónica de potencia

(inversores y ciclo convertidores), en los últimos años está aumentando

considerablemente la utilización de este tipo de motores a velocidad variable.

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La gran utilización de los motores asíncronos se debe a las siguientes

causas: construcción simple, bajo peso, mínimo volumen, bajo coste y

mantenimiento inferior al de cualquier otro tipo de motor eléctrico

MOTOR SÍNCRONO.

Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el

que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de

alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero

de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y depende de

la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el

número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como

"velocidad de sincronismo". Este tipo de motor contiene electro magnetos en

el estator del motor que crean un campo magnético que rota en el tiempo a

esta velocidad de sincronismo.

La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con

los parámetros mencionados es:

Donde:

f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)

P: Número de pares de polos que tiene la máquina

p: Número de polos que tiene la máquina

n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

Por ejemplo, si se tiene una máquina de cuatro polos (2 pares de polos)

conectada a una red de 50 Hz, la máquina operará a 1.500revoluciones por

minuto.

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los

motores síncronos debemos distinguir:

Los motores síncronos.

Los motores asíncronos sincronizados.

Los motores de imán permanente.

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Los motores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la

velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores síncronos

se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una

velocidad constante.

MOTOR SERIE.

En este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están

conectadas en serie.

La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida

por el motor al conectarlo a la red (también llamada corriente de carga) es la

misma, tanto para la bobina conductora (del estator) como para la bobina

inducida (del rotor). (Iinducido=Iexc)

Características.

Puede desarrollar un elevador par-motor de arranque, es decir, justo al

arrancar, el par motor es elevado.

Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente

absorbida y el motor aumenta su velocidad. Esto puede ser peligroso.

En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta bruscamente.

Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección.

Usos:

Tiene aplicaciones en aquellos casos en los que se requiera un elevado

par de arranque a pequeñas velocidades y un par reducido a grandes

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velocidades. El motor debe tener carga si está en marcha. Ejemplos: tranvías,

locomotoras, trolebuses,...

Una taladro no podría tener un motor serie, ¿Por qué? Pues porque al

terminar de efectuar el orificio en la pieza, la máquina quedaría en vacío (sin

carga) y la velocidad en la broca aumentaría tanto que llegaría a ser peligrosa

la máquina para el usuario.

MOTOR SHUNT O DE DERIVACIÓN EN PARALELO.

Las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las

inducidas. De este modo, de toda la corriente absorbida (Absorbida) por el

motor, una parte (Ii) circula por las bobinas inducidas y la otra (Iexc) por la

inductoras. El circuito de excitación (inductor) está a la misma tensión que el

inductor.

Las características de este motor son:

En el arranque, par motor es menor que en el motor serie.

Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en

vacío. La velocidad de giro nominal apenas varía. Es más estable que el

serie.

Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye.

Usos.

Las aplicaciones del motor son las siguientes: Se usan en aquellos

casos en los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no

produzcan grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío),

el motor varía apenas su velocidad. Conclusión: Se emplea para máquinas

herramientas, por ejemplo, un taladro.

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MOTOR COMPOUND.

Es una combinación del motor serie y el motor shunt, puesto que una de

las bobinas inductoras está en serie con el inducido, mientras que la otra está

en paralelo con él. Una parte de la intensidad de corriente absorbida circula por

las bobinas inducidas (Ii) y, por ende, por una de las inductoras; mientras que

el resto de la corriente (Iexc) recorre la otra bobina inductoras.

Características

Se caracteriza por tener un elevado par de arranque, pero no corre el

peligro de ser inestable cuando trabaja en vacío, como ocurre con el motor

serie, aunque puede llegar a alcanzar un número de revoluciones muy alto

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CONCLUSIÓN

Toda máquina que convierte energía eléctrica

en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos es

considerada esencialmente un motor eléctrico, algunos de

los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar

energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.

El principio de funcionamiento de todo motor se basa en que tiene que

estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos

magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen,

produciendo así el movimiento de rotación.

Entre las características fundamentales de los motores eléctricos,

tenemos que se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes

principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones,

las tapas y los cojinetes.

Los Motores eléctricos se clasifican en Motores de Corriente Directa Se

utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la

velocidad del motor, utilizan corriente directa, como es el caso de motores

accionados por pilas o baterías, Motores de Corriente Alterna; Son los tipos de

motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con

los sistemas de distribución de energías "normales" y por último Los Motores

Universales Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal

diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente continua y

corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya

que es baja (del orden del 51%).

Para el arranque de motores es indispensable su instalación pero no

solo su instalación sino su conexión. Para efectuar el cambio de sentido de giro

de los motores eléctricos de corriente alterna monofásicos únicamente es

necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede

realizar manualmente o con unos relevadores, Para motores trifásicos

únicamente es necesario invertir dos de las conexiones

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de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia

trifásica y Para motores de corriente directa es necesario invertir los contactos

del par de arranque.

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