motores electricos

23
- 35 - 2.25 Receptor eléctrico (elemento final de control) El medio de conversión de energía eléctrica, neumática o hidráulica en movimien- to de fuerza mecánica de transmisión rotacional o lineal se define como receptor. Los receptores tienen como misión generar los movimientos operativos en los procesos in- dustriales o máquinas, como a sus ves generar movimientos continuos de potencia con par de arranque elevados o no. Los receptores eléctricos son los más utilizados como generadores de movimientos de po- tencia continuos en forma directa o indirectamente para generar energía neumática u oleohidráu- lica. Los receptores eléctricos tienen preferencia como generador de movimiento rotacional por su precisión, velocidad, fácil control y versatilidad. Los receptores eléctricos se dividen en dos gru- pos: motores de corriente continúa y motores de corriente alterna. Los motores eléctricos están constituidos por una parte fija (estator) y una móvil (rotor). El estator compuesto por chapas delgadas de material ferromagnético unidas firmemente y fijadas dentro de la estructura del motor. La estructura fija se complementa con la carcaza, tapas, bujes o rodamientos, borneras, bobinas de alambre de cobre, etc. El rotor compuesto por chapas delga- das de material ferromagnético unidas firmemente montadas sobre un eje de hierro. La estructura móvil se complementa con el ventilador, bobinas de alambre de cobre, etc. Los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio, silicio, etc. son los materiales magnéticos más utilizados en el diseño y constitución de núcleos de los transformadores y máquinas eléctricas. En los aparatos eléctricos el empleo de materiales ferro- magnéticos esta motivada por su facilidad de imantarse por la acción de una corriente eléctrica al circular por un conductor. Carcaza Tapa posterior Ventilador Tapa anterior Rodamiento Bornera Tapa de bornera Protección Rodamiento Eje Estator Rotor

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Page 1: Motores electricos

- 35 -

2.25 Receptor eléctrico (elemento final de control)

El medio de conversión de energía eléctrica, neumática o hidráulica en movimien-

to de fuerza mecánica de transmisión rotacional o lineal se define como receptor. Los

receptores tienen como misión generar los movimientos operativos en los procesos in-

dustriales o máquinas, como a sus ves generar movimientos continuos de potencia con

par de arranque elevados o no.

Los receptores eléctricos son los más utilizados como generadores de movimientos de po-

tencia continuos en forma directa o indirectamente para generar energía neumática u oleohidráu-

lica. Los receptores eléctricos tienen preferencia como generador de movimiento rotacional por su

precisión, velocidad, fácil control y versatilidad. Los receptores eléctricos se dividen en dos gru-

pos: motores de corriente continúa y motores de corriente alterna.

Los motores eléctricos están constituidos por una parte fija (estator) y una móvil (rotor). El

estator compuesto por chapas delgadas de material ferromagnético unidas firmemente y fijadas

dentro de la estructura del motor. La estructura fija se complementa con la carcaza, tapas, bujes

o rodamientos, borneras, bobinas de alambre de cobre, etc. El rotor compuesto por chapas delga-

das de material ferromagnético unidas firmemente montadas sobre un eje de hierro. La estructura

móvil se complementa con el ventilador, bobinas de alambre de cobre, etc.

Los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio, silicio,

etc. son los materiales magnéticos más utilizados en el diseño y constitución de núcleos de los

transformadores y máquinas eléctricas. En los aparatos eléctricos el empleo de materiales ferro-

magnéticos esta motivada por su facilidad de imantarse por la acción de una corriente eléctrica al

circular por un conductor.

Carcaza

Tapa posterior

Ventilador

Tapa anterior

Rodamiento

Bornera

Tapa de bornera

Protección

Rodamiento

Eje

Estator

Rotor

Page 2: Motores electricos

- 36 -

La aleación más empleada esta compuesta esen-

cialmente con hierro puro con un porcentaje de silicio.

Los porcentajes de silicio por lo general no superan el 6

% por tornarse en una aleación más dura y por consi-

guiente quebradiza. Esta aleación se lamina en chapas y

flejes de espesores comprendidos entre 0,35 y 0,635

mm recocidos; en el lenguaje corriente se le conoce con

el nombre de acero al silicio o chapa magnética. Las cha-

pas de hierro-silicio tienen un aislamiento ínterlaminar

por oxidación o revestimiento superficial.

El núcleo del estator contiene ranuras longi-

tudinales para el alojamiento de las bobinas de a-

lambre de cobre. Las bobinas consisten en un arro-

llamiento concéntrico de alambre de cobre. A los

arroyamientos de alambre de cobre o bobinas se

los denomina campos.

Toda corriente que circula a través de un

conductor arrollado en forma concéntrica sobre un

núcleo de hierro-silicio genera en su entorno un

campo electromagnético intenso con polos norte y

sur. La intensidad del campo electromagnético es

directamente proporcional a la intensidad de cor-

riente.

El sentido de giro del arrollamiento de alam-

bre de cobre sobre el núcleo le confiere al campo

magnético la formación de polos opuestos (norte y

sur).

En la práctica los conductores de las bobinas

son arrollados sobre el núcleo con el mismo senti-

do de giro. Los polos opuestos surgen del ínterco-

nexionado de las bobinas. Al conectarse los princi-

pios o finales de las bobinas entre si y los extremos

restantes a la alimentación quedan formados los

polos norte y sur.

Chapa silicio ranurada

Montaje terminado

Bobinas montadas

Sentido de giro Bobina y corriente

P = principio de bobina

F = final de bobina

P P

F F

Rotor sin arrollamiento

Estator Rotor

Núcleo del estator

Page 3: Motores electricos

- 37 -

En los motores con rotor bobinado la intercone-

xión eléctrica entre los campos del estator con el rotor se

efectúa a través de un dispositivo electromecánico inte-

grado por escobillas, porta-escobillas y colector. Las es-

cobillas (carbones) son un tipo de contacto formado por

un bloque de carbón con un resorte. El porta-escobilla es

un conducto metálico aislado fijado a la estructura del es-

tator por el cual se desliza la escobilla empujada por el

resorte.

El colector montado sobre el eje del rotor esta

constituido por un número determinado de láminas de

cobre llamadas delgas, las cuales quedan aisladas entre

sí mediante láminas de micanita. Los extremos de los ar-

rollados de las bobinas del rotor son soldados a las del-

gas del colector. En el movimiento giratorio del colector

las escobillas se deslizan por las delgas cerrando el cir-

cuito formado por las bobinas del estator con el rotor.

El funcionamiento de un motor eléctrico se basa

en la interacción entre los campos electromagnéticos del

estator y rotor, es decir, la acción de atracción y repul-

sión de los campos electromagnéticos generados por la

circulación de corriente eléctrica en las bobinas le dan

movimiento y sentido de giro al rotor del motor eléctrico.

La interacción electromecánica del estator con el rotor

convierten la energía eléctrica en energía mecánica de

potencia o control, energía neumática, energía oleohi-

dráulica, etc.

Escobillas

Colector

Rotor bobinado

N S N S

F

P

F

P

F

P

F

P

Cuatro polos

N S

F

P

F

P

Dos polos

P P F

F

Rotor con arrollamiento

Bobina del rotor

Porta-escobilla

Escobilla Colector

Delga

Page 4: Motores electricos

- 38 -

Como expresamos anteriormente el funcionamien-

to de un motor eléctrico es la consecuencia de las fuerzas

electromagnéticas generadas por la circulación de una

corriente eléctrica por las bobinas del estator y/o rotor.

En motores pequeños o de muy baja potencia el rotor o

motor están construidos con imanes permanentes, en

consecuencia no hay contacto eléctrico con la parte móvil

o fija del motor, en estos casos interactúan un campo

magnético y uno electromagnético.

Normalmente los motores son máquinas reversi-

bles, es decir, al aplicar energía mecánica haciéndole gi-

rar a su eje producen energía eléctrica, comportándose

como dinamos al producir corriente continua o alternado-

res cuando producen corriente alterna.

2.26 Motor de corriente continúa

El movimiento giratorio de los motores de

corriente continua se basa en el empuje derivado

de la repulsión y atracción entre polos magnéticos.

Creando campos constantes convenientemente o-

rientados en el estator y rotor se origina un par de

fuerzas que obliga al rotor a girar buscando la posi-

ción de equilibrio.

El campo electromagnético del estator se

forma con dos arrollamientos con sentido de giro

opuesto y montados frontalmente sobre el núcleo.

Al circular una corriente eléctrica por las bobinas

del estator se forma los campos electromagnéticos

llamados campos polares con un norte y sur.

El núcleo del rotor contiene una o más espi-

ras. Cada espira esta formada por un arrollamiento

de alambre de cobre conectado a las delgas del co-

lector. A cada arrollamiento se lo denomina bobina

y al conjunto que forma el circuito eléctrico del ro-

tor (bobinas, delgas, colector) devanado. Otra de-

nominación del rotor en corriente continua es ar-

madura.

Estator motor CC

Rotor o armadura

Espira

Escobilla

Colector

Campos

+

-

a

b

Posición inicial: la corriente circula de b hacia a

+

- Posición neutra: no hay

circulación de corriente

+

-

b

a

Posición conmutación: la corriente circula de a hacia b

Page 5: Motores electricos

- 39 -

El devanado de la armadura compuesto de un

conjunto de bobinas interconectadas en serie for-

mando un anillo. En cada delga del colector se co-

nectan el final de una bobina con el principio de la

siguiente. Todas las bobinas que forman la armadu-

ra poseen el mismo sentido de giro. Las escobillas

dividen al devanado en dos circuitos paralelos con

distinto sentido de giro, es decir, campos magnéti-

cos opuestos.

El flujo de corriente al atravesar el devanado

del rotor origina un campo electromagnético atraí-

do por el campo electromagnético fijo del estator

provocando el giro del eje del motor. Al rotar el co-

lector va conmutando el sentido de circulación de la

corriente eléctrica en las bobinas, por consiguiente

los campos electromagnéticos sucesivos son atraí-

dos por los campos del estator continuando con el

movimiento de giro.

Cuando ocurre la conmutación el campo elec-

tromagnético de la bobina primero es atraído hacia

los campos polares y posteriormente repelido. El

proceso de atracción y repulsión de los campos del

rotor son continuos mientras continué la circula-

ción de corriente por el devanado.

N

S

N

S

N

S

N

S N

S N

S

1 2 3

+

Bobinas

Colector

Delga

Escobilla

Flujo de

corriente en el devanado

Flujo de

corriente en la bobina

+

+

+

-

Page 6: Motores electricos

- 40 -

2.26.1 Excitación motores CC

La forma de conectar las bobinas del

estator y la armadura con respecto a la

fuente de alimentación del motor de corrien-

te continua se define como excitación. En ba-

se a la configuración de la excitación los motores

de corriente continua se dividen en:

2.26.2 Independiente: los devanados del

estator se conectan totalmente por separado a u-

na fuente de corriente continua, y el motor se

comporta exactamente igual que el de imanes

permanentes. En las aplicaciones industriales de

los motores de corriente continúa es la configura-

ción más extendida.

2.26.3 Serie: consiste en conectar el devana-

do del estator en serie con el de la armadura. Se

emplea cuando se precisa un gran par de arran-

que. La velocidad dentro de ciertos parámetros no

es estable.

Los motores con este tipo de excitación se

embalan (gran aceleración del giro del eje que

puede llegar a destruir el motor) en ausencia de

carga mecánica. Los motores con esta configura-

ción funcionan también con corriente alterna.

2.26.4 Paralelo (shunt): consiste en co-

nectar el devanado del estator en paralelo con el

devanado de la armadura. El par de arranque es

menor que el motor serie, pero su velocidad más

estables. Estator y rotor están conectados a la

misma tensión, lo que permite un perfecto control

sobre la velocidad y el par de arranque.

2.26.5 Compound (compuesta): en este

tipo de motor de corriente continua se combinan

las características del motor serie y del motor pa-

ralelo. El devanado del estator esta compuesto

por un arrollamiento en serie y otro paralelo inter-

conectados al devanado de la armadura.

El modo de interconexión del devanado del es-

tator con la armadura divide a los motores de cor-

rientes continúa compound en:

Excitación corta

Excitación larga

Estator + - Armadura Excitación compound corta

Serie Shunt

+ Estator +

- Armadura - Excitación independiente

+ Estator

- Armadura Excitación paralelo

Estator +

- Armadura

Excitación serie

Estator + - Armadura Excitación compound larga

Serie Shunt

Page 7: Motores electricos

- 41 -

2.26.6 Polos auxiliares de compensación

En el proceso de conmutación se originan chispor-

roteos sobre las delgas del colector por efecto de reac-

ciones de la armadura. En los motores de corriente con-

tinúa shunt o compound se adicionan polos auxiliares de

compensación intercalados entre los polos principales

contra restando el efecto antes mencionado.

El devanado de los polos auxiliares se interconec-

ta en serie con el devanado de la armadura. El sentido

de giro del arrollamiento de cada bobina del devanado

shunt o la polaridad de cada polo debe ser la misma que

el polo principal anterior al sentido de giro.

2.27 Motor universal

Motor de baja potencia diseñados para tra-

bajar en corriente alterna o continua. Constructi-

vamente posee las mismas características del mo-

tor serie de corriente continua, diferenciándose en

el núcleo del estator por ser de chapa laminada.

Estos motores funcionan en CA o CC.

Los motores universales son motores

con los devanados (estator-armadura) conectados

en serie. Los motores universales se caracteriza

por disponer de un fuerte par de arranque y que la

velocidad del rotor varía en sentido inverso de la

carga (a mayor carga mecánica menor velocidad),

pudiendo llegar a embalarse cuando funciona en

vacío.

El control de la velocidad con un amplio margen

de regulación se efectúa con resistencias variables (po-

tenciómetros) o por combinación de resistencias en serie

y/o paralelo con los devanados. La resistencia conectada

en paralelo con el rotor atenúa el número de revolucio-

nes de la máquina y la resistencia en serie limita intensi-

dad de corriente. La inversión del sentido de giro del

motor universal surge de la conmutación de la conexión

en las escobillas o los campos del estator.

Generalmente se los construye en baja potencia,

siendo por su bajo costo y sencillo mantenimiento de ex

tensa aplicación en electro-domésticos, máquinas herra-

mientas portátiles, etc.

Sentido de giro

Polos Auxiliares

N S

N

S

+ -

Page 8: Motores electricos

- 42 -

2.28 Motor de corriente alterna

La distribución de energía eléctrica industrial

se realiza por tres conductores llamados fases R-S-

T con un valor de tensión entre fases de 380 Vca 50

Hz (existen otros valores de tensión como 3X220 Vca 60

Hz). La tensión de distribución de energía se denomina

entre otros nombres como: tensión de red, tensión de ali-

mentación, tensión de línea, fuerza motriz (FM), baja ten-

sión, trifásica, etc.

En algunos casos la distribución de energía

se complementa con un cuarto conductor llamado

neutro (N) que esta referido al centro de la estrella

del transformador o generador correspondiente a

baja tensión o salida. El valor de tensión entre un

conductor activo (fase) y el neutro es de 220 Vca

50 Hz (tensión de fase, monofásica, etc.). Con trifá-

sica 220 Vca 60 Hz la monofásica es 110 Vca 60 Hz.

Constructivamente un motor de corriente al-

terna se corresponde a un sistema trifásico de ali-

mentación al estar el bobinaje del estator integra-

do por tres devanados (uno para cada fase de ali-

mentación). Los tres devanados se distribuyen si-

métricamente y desfasados 120º por el ranurado

del estator e interactúan eléctricamente.

Al ser alimentado con energía eléctrica un

motor de alterna se originan corrientes que circu-

lan a través de los devanados desfasadas entre si

120º. El defasaje de las corrientes que fluyen por

los devanados origina un campo electromagnético

rotatorio en el núcleo del estator. En el ejemplo si-

guiente el devanado trifásico de un motor de 12

ranuras y dos polos.

Fase R: línea continúa U-U1

Fase S: línea continúa V-V1

Fase T: línea continúa W-W1

U W1 V U1 W V1

1 2 3 1 2 3

4 5 4 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Devanados estator trifásico

220 Vca

R S T N

380 Vca

380 Vca

380 Vca

220 Vca

220 Vca

Fase Fase Fase Neutro

Page 9: Motores electricos

- 43 -

Entre los tres devanados de un motor trifási-

co quedan seis puntas o extremos para la interco-

nexión a la red de alimentación R-S-T. La interco-

nexión de los devanados de un motor trifásico con

respecto a la red de alimentación los divide en co-

nexión estrella o triángulo.

En la interconexión en estrella se unen los extre-

mos de los devanados U–V–W (punto neutro). La ali-

mentación de la red, es decir, las fases R-S–T se conec-

tan en los extremos U1–V1–W1 respectivamente.

En la interconexión en triángulo se unen los extre-

mos de los devanados U con W1, V con U1, W con V.

La alimentación de la red, es decir, las fases R-S–T se

conectan en los extremos W1–U1–V1 respectivamente.

Entre otros datos la chapa de características

de un motor eléctrico contiene la tensión de ali-

mentación. Según el valor de tensión nominal que

contenga la chapa de característica se determina el

tipo de conexión del motor.

Solamente los motores identificados con un valor

de tensión de 380/660 V o 380 V pueden ser conectados

para un arranque estrella/triángulo.

W

V1

W1

U

U1 V

Devanados en triangulo

U

U1

Y1 W

V

W1

Devanados en estrella

U V W

W1 U1 V1

Alimentación de la red

Bornera en estrella

R S T

Alimentación de la red

Bornera en triángulo

R S T

U V W

W1 U1 V1

Borneras de motor trifásico

W

V U

W1

V1 U1

Devanado trifásico Un par de polos

Chapas de características

380/660 V

380 V

220/380 V

Page 10: Motores electricos

- 44 -

En

los

motores

eléctricos

la

velocidad

angular o de giro del eje se expresa en revoluciones por

minuto (rp m). En motores de corriente alterna o

inducción el número de pares de polos que

conforman el de-vanado del estator y la frecuencia

de la corriente alterna de alimentación determina

las revoluciones por minuto (rpm) del eje del rotor

o inducido.

En la

conexión de

los motores

de corriente

alterna

trifásicos

normalizad

os respetando el orden de las fases R-S-T en la

bornera U-V-W el rotor gi-rara en sentido horario,

es decir, hacia la derecha. Salvo especificaciones

en lo contrario todos los motores giran en ambos

sentidos.

La inversión del sentido de giro de un motor

de CA se efectúa conmutando dos de las tres fases

de alimentación, es decir, conmutando R con S o R

con T o S con T, nunca las tres fases juntas. Las

distintas formas de conmutación de las fases son:

en el conexionado de la bornera, a través de un in-

terruptor conmutador, contactores, etc.

La forma constructiva del rotor o inducido de los

motores de corriente alterna los divide en asíncronos y

síncronos.

Características

Tensión nominal

Conexión

Bornera Tensión de línea

220/380V Estrella

Triángulo

380 V

220 V

380/660V Estrella

Triángulo

380 V

380 V

380V Estrella

Triángulo

380 V

380 V

rpm en 50 Hz Pares de

polos rpm en 60 Hz

3000 1 3600

1500 2 1800

1000 3 1200

750 4 900

rpm = 60 * f (Hz frecuencia)

p (pares de polos)

S N

Un par de polos 3000 rpm

Dos pares de polos 1500 rpm

S S

N

N

Tres pares de polos 1000 rpm

S

N

N

N

S

S

R S T

U V W

R con S

R S T

U V W

S con T

R S T

U V W

R con T

R S T

U V W

Page 11: Motores electricos

- 45 -

2.28.1 Motor de CA asíncrono

En el rotor o inducido de estos motores es reem-

plazado el devanado de alambre de cobre por un devana-

do en corto circuito (jaula de ardilla) o un devanado bo-

binado con anillos rozantes. En los inducidos jaula de

ardilla el devanado del rotor lo forman unas varillas

de cobre o aluminio soldadas a dos aros del mismo

material. Estos conjuntos llamados jaula de ardilla

están montados dentro las chapas laminadas del

inducido. En algunos modelos de inducido la jaula

de ardilla es fundida dentro del conjunto de lámi-

nas.

Como expresamos anteriormente al ser ener-

gizado un motor de corriente alterna se genera un

campo electromagnético giratorio en la superficie

del núcleo del estator. El campo electromagnético

del estator al barrer el rotor induce una fuerza e-

lectromotriz (fem) en la jaula de ardilla. La fuerza

electromotriz inducida genera una circulación de

corriente y en consecuencia un campo electromag-

nético.

La interacción de ambos campos electromag-

néticos (estator/rotor) genera un par de arranque

suficiente para provocar el movimiento giratorio

del eje. El par de arranque es la fuerza efectuada por el

motor para provocar el movimiento de la inercia estática

del rotor y carga mecánica. No existe conexión eléctrica

directa entre estator y rotor.

Jaula de ardilla

Page 12: Motores electricos

- 46 -

La velocidad de giro del rotor siempre es me-

nor que el campo electromagnético rotatorio del

estator. A la diferencia entre ambas velocidades se

la denomina deslizamiento. De no haber desliza-

miento no habría movimiento del rotor por no ge-

nerarse fem inducida. A los motores con esta ca-

racterística se los conoce como asincrónicos de in-

ducción.

En los motores de inducción asíncronos con

anillos rozantes el rotor tiene devanados de alam-

bre de cobre análogos a aquellos de estator, con i-

gual número de fases y de polos. Los tres devana-

dos del inducido están conectados en estrella y los

tres terminales libres están conectados a tres ani-

llos metálicos montados sobre una de las extremi-

dades del eje. A través de tres escobillas se inter-

conecta los anillos rozantes y devanados del esta-

tor al reóstato de control del arranque del motor.

Estos motores se ponen en marcha mediante

un reóstato de arranque trifásico conectado al cir

cuito del devanado del rotor por medio de un dis-

positivo integrado por anillos rozantes y escobillas.

De esta forma puede reducirse la intensidad de la

corriente de arranque manteniendo el par del mo-

tor en el nivel necesario para poner en marcha la

carga estática. Generado el movimiento del eje la

resistencia del reóstato se pone a cero alcanzando

el rotor su máxima velocidad asíncrona.

Rotor con anillos rozantes

Anillos rozantes

Page 13: Motores electricos

- 47 -

2.28.2 Motor de CA síncrono:

En los motores síncronos de corriente alterna

el rotor o inducido lo constituye un imán perma-

nente (para motores de muy baja potencia) o un

electroimán excitado en forma independiente con

corriente continúa. El devanado del estator es similar

al del motor de inducción. Los motores de CA síncronos

son utilizados preferentemente en altas potencias a bajas

revoluciones.

El devanado del rotor es alimentado con cor-

riente continúa a través de dos anillos conectores

montados sobre el eje que resbalan sobre sendas

escobillas. Los anillos de contacto mantienen un ú-

nico sentido de circulación de la corriente continúa,

por consiguiente la polaridad del campo electro-

magnético del rotor.

Al ser alimentado el devanado del estator por

una fuente de corriente alterna desfasada 120º

(trifásica) se genera un campo electromagnético

rotativo que arrastra al campo magnético o electro-

magnético del rotor provocando el giro del eje con

un buen par de arranque.

Normalmente en motores de potencia el ar-

ranque ocurre por inducción del rotor, es decir, el

motor arranca como asíncrono para iniciar la rota-

ción del eje. Posteriormente estando el rotor en

velocidad cercana a la nominal y mediante la

excitación del inducido con corriente continua se

alcanza la velocidad de sincronismo.

El movimiento giratorio del campo electromagnéti-

co del estator y el giro del eje ocurre a la misma veloci-

dad, es decir, que giran en sincronismo (sin deslizamien-

to). Cuando el rotor entra en sincronismo solamente el

campo electromagnético originado por la corriente conti-

núa sigue actuando. En los motores síncronos cuando la

carga mecánica supera el par motor detiene el movi-

miento del eje.

R

S

T

3X380 Vca

Estator Rotor

110 Vcc

Page 14: Motores electricos

- 48 -

2.28.3 Motor de CA de fase partida

El principio de funcionamiento es similar al

motor de inducción trifásico asíncrono con la dife-

rencia que el motor de fase partida se energiza con

tensión monofásica (entre una fase y neutro 220

Vca o 110 Vca) y su estator contiene dos devana-

dos conectados en paralelo.

El estator esta formado por un devanado

principal o de trabajo que permanece activo mien-

tras perdure la alimentación del motor, y un deva-

nado auxiliar o de arranque que permanecerá acti-

vo o no según el diseño del motor. En el montaje

sobre el núcleo del estator las bobinas de ambos

devanados se desplazan simétricamente formando

una corona. El lado externo de la corona lo ocupa el

devanado principal (muchas vueltas de alambre

grueso) y el lado interno el devanado auxiliar (po-

cas vueltas de alambre fino).

La interacción entre ambos devanados al ser

alimentados con una tensión monofásica provoca

un campo electromagnético giratorio en el estator

induciendo una fem en el rotor. El campo giratorio

se origina por el desfase de las corrientes que cir-

culan por los devanados. Para aumentar o mejorar

el desfase de las corrientes se interconecta un ca-

pacitor en serie con el devanado auxiliar. La fem in-

ducida en la jaula de ardilla a sus ves genera una

corriente alterna que forma un campo electromag-

nético que gira desplazado con respecto al campo

giratorio del estator (deslizamiento-velocidad asín-

crona).

Por lo general en motores superiores a ¼ de HP

de potencia el circuito de arranque se desconecta auto-

máticamente a través de un interruptor centrífugo. El ac-

cionamiento del interruptor centrífugo esta montado so-

bre la parte posterior del eje y el contacto NA (plaqueta)

en la tapa posterior del motor.

Devanado principal o trabajo

Devanado auxiliar o arranque

Accionamiento centrifugo

Contacto NA Plaqueta

Accionamiento centrifugo montado sobre el eje

N

S

S N

T1

T2

A1

A2

Capacitor

Interruptor

centrífugo

Devanado arranque

Devanado trabajo

Page 15: Motores electricos

- 49 -

En la figura de la página anterior, la línea de trazo

representa el devanado de trabajo y la línea continúa co-

necta en serie el devanado de arranque con el capacitor

y el interruptor centrífugo (plaqueta). Ambos devanados,

es decir, los circuitos de arranque y trabajo se conectan

en paralelo. El dispositivo de desconexión del devanado

de arranque abre el circuito cuando el motor alcanza las

rpm nominales.

La inversión del sentido de giro en los motores

monofásicos se efectúa a través del conexionado de los

extremos de los devanados de arranque y trabajo. La

inversión del sentido de marcha o giro se efectúa al

conmutar los extremos de arranque entre si (A1

con A2) o los de trabajo (T1 con T2), nunca los

cuatros juntos.

En los motores de fase partida de potencia meno-

res de ¼ HP los devanados de arranque y trabajo inter-

actúan en forma continua, es decir, al ser energizados los

devanados y el capacitor permanecen activos constante-

mente asiendo girar el rotor.

Generalmente estos motores tienen definido inter-

namente el sentido de giro. Los tres extremos de cables

externos se identifican como común, arranque y trabajo.

En serie se interconecta el capacitor y el devanado de

arranque.

En motores de inducción de muy baja poten-

cia el devanado de arranque lo constituye una es-

pira de alambre de cobre grueso insertada en cada

masa polar, a este tipo de motores de muy baja po-

tencia se los conoce como motor de polos sombrea-

dos. En la espira de cobre en corto circuito se origina un

campo electromagnético débil pero suficiente para gene-

rar conjuntamente con el campo electromagnético princi-

pal el campo electromagnético giratorio.

T1 A1 A2 T2

T1 A2 A1 T2

A1 T1 T2 A2

A1 T2 T1 A2

Inversión de marcha

Arranque

Trabajo

F

T1

A1

N

T2

A2

220 Vca

Devanado de trabajo

A

T

C Devanado de arranque

Polos sombreados

Page 16: Motores electricos

- 50 -

En los motores de polos sombreados no se puede

invertir eléctricamente el sentido de giro. Dando vuelta

mecánicamente el rotor pueden utilizarse en cualquiera

de los dos sentidos.

2.29 Motor paso a paso (steppers)

Al ser energizados los devanados de cualquier

motor eléctrico el eje rotara en forma continua, en cam-

bio en los motores paso a paso el eje efectúa un

movimiento angular o girara una determinada can-

tidad de revoluciones.

Las características de funcionamiento de los

motores paso a paso (steppers) los convierten en

ideales para el control de mecanismos o dispositi-

vos en donde se requieren movimientos de posicio-

namiento muy precisos.

Masa polar

Espira en cortocircuito

Polo sombreado

Núcleo

del estator

Núcleo de estator con devanado

Page 17: Motores electricos

- 51 -

La particularidad de los motores paso a paso

es la de realizar pequeños movimientos angulares

llamados pasos. Con dispositivos de transmisión

mecánicas los movimientos angulares o rotatorios

pueden ser convertidos en movimientos lineales.

Según la precisión requerida del motor el

movimiento angular o paso del eje varia entre frac-

ciones de 0.76º (grados) y 90º (grados). Para el

giro completo de 360º del eje se requiere de 500

pasos de 0.76º, 200 de 1,8º, 100 de 3,6º, 48 de

7,5º, 24 de 15º, 12 de 30º o 4 de 90º.

En los motores paso a paso el devanado de el es-

tator esta formado por un conjunto de bobinas que inter-

actúan parcialmente al ser comandadas manualmente o

automáticamente. Los motores paso a paso de alta pre-

cisión angular son controlados por ordenadores progra-

mables, esto motivado por la complejidad de secuencias

y variaciones a efectuar en el posicionamiento del eje.

Manualmente a través de llaves interruptoras o

pulsadores pueden ser comandados los motores paso a

paso con un número bajo de posicionamientos. Algunos

modelos de motores paso a paso son diseñados con la

parte conocida como rotor permanezca fija alojando el

devanado de excitación y la parte giratoria sea la externa

(ej: ventilador).

En una primera clasificación los motores pa-

so a paso se dividen en:

De imanes permanente.

De reluctancia variable.

Híbridos.

2.29.1 De imanes permanentes

En los motores pasos a paso el campo magnético

del rotor se genera con un núcleo magnetizado artificial-

mente en forma de discos montados sobre el eje. La ter-

minación de la superficie cilíndrica del imán permanente

puede ser lisa o con dientes longitudinales. En otra forma

constructiva los imanes permanentes son adosados a la

masa del rotor.

El rotor de imán permanente al cesar la exci-

tación del estator permanecerá posicionado y está-

tico hasta una nueva orden de giro o movimiento,

característica que no posee ningún otro motor e-

léctrico. El devanado del estator se subdivide en

devanados de pares de polos que trabajan en for-

ma secuencial estableciendo los posicionamientos

del eje.

Rotor con imanes lisos

Rotor con imanes adosados

Page 18: Motores electricos

- 52 -

2.29.2 De reluctancia variable

Los motores de reluctancia variable poseen

un rotor de hierro dulce o aleación de baja retenti-

vidad magnética que en condiciones de excitación

eléctrica del estator ofrece menor resistencia a ser

atravesado por un flujo magnético.

Las superficies que integran el entre hierro

del motor son mecanizadas con un número diferen-

tes de dientes que disminuyen la reluctancia mag-

nética y mejora la alineación del rotor con los cam-

pos electromagnéticos del estator.

El principal inconveniente de los motores de re-

luctancia variable radica que en condiciones de reposo

(sin excitación) el rotor queda en libertad de girar. El po-

sicionamiento del rotor es dependiente de la inercia me-

cánica y no será posible predecir el punto exacto de re-

poso.

A1

A2

A3

C

Page 19: Motores electricos

- 53 -

Los devanados de cada par de polos tienen el

mismo sentido de giro de las bobinas e interconectados

de la misma forma independientemente de las fases que

integran el estator. En la secuencia operativa para el giro

del rotor hacia la izquierda se sigue el orden de las pun-

as A1, A2 y A3, y para el giro hacia la derecha A3, A2 y

A1.

2.29.3 Híbridos

Los motores híbridos comparten las principales ca-

racterísticas de los PAP de imanes permanentes y de los

de reluctancia variable. El rotor de un motor híbrido es

multidentado y contiene un imán axialmente magnetiza-

do y concéntrico alrededor de su eje.

Los dientes sobre el rotor proporcionan

un camino que ayuda a dirigir el flujo

magnético a posiciones preferidas en el

hueco de aire. El imán magnético

concéntrico aumenta el freno mecánico,

el agarre y las características dinámicas

de torsión del motor.

2.30 Devanados de PAP

El ínterconexionado de los devanados de los

pares de polos y la cantidad puntas de conexionado

externo para el control del motor paso a paso los

clasifica en:

2.30.1 Unipolares: el devanado de cada par

de polos o eje del estator esta conformado por dos arro-

llamientos superpuestos (arrollamiento bifilar) que al ser

interconectados poseen distintos sentidos de giro, con un

punto en común (Ac) y dos entradas (A1 y A2).

A1 A2 A3

1er Paso 1 0 0

2do Paso 0 1 0

3er Paso 0 0 1

Devanado tres fases Secuencia de control

A2

A1

Ac

Page 20: Motores electricos

- 54 -

Al recibir señal por A1 el rotor girara en un senti-do permaneciendo el devanado con

terminal A2 inactivo. Recibiendo la señal por A2 el rotor gira a la inversa de lo antes expresado

permaneciendo el devanado con termi-nal A1 inactivo. En las figuras siguientes se puede obser-

var el cambio en los polos al invertirse el sentido de la corriente y el flujo magnético.

En las configuraciones unipolares el control del

motor se efectúa a través de cinco o seis extremos de

ca-bles. La configuración con seis entradas de control es

la más utilizada. En la configuración de cinco entradas

son interconectados los cables Ac con Bc dando origen al

ca-ble C.

2.30.2 Bipolares: el devanado de cada par

de polos o eje del estator esta conformado por un arro-

llamiento con dos extremos de interconexión cambiables

según la secuencia.

La configuración de los motores bipolares requiere

que las bobinas reciban corriente en ambos sentidos, es

decir, para el giro del rotor debe cambiarse el sentido de

circulación de la corriente en el devanado en cada paso.

Bc B1 B2

Devanado 6 entradas

Ac

A1

A2

B1 B2

Devanado 5 entradas

C

A1

A2

Devanado 4 entradas

A1 A2

B1

B2

A1

Ac

A2

A1

Ac

A2

A1 A2 A1 A2

+ Ac

-

N

S

S

N

A1

A2

N

S

B1

B2

S

N

A1 A2 B1 B2

+ Ac

-

- +

+ -

Cambio de polaridad en los devanados

Page 21: Motores electricos

- 55 -

En las figuras precedentes se puede observar el cambio en los polos al invertirse el sentido

de la corrien-te y el flujo magnético. En otras configuraciones, el nú-mero de salidas aumenta en

base a la cantidad de pares de polos.

2.31 Pasos

del PAP

Las

secuencias

operativas de

control para el

giro del rotor en

los motores unipolares o bipolares los

dividen en:

2.31.1 Paso simple: alimentación

de un polo unifilar por ves, con dos pares de

polos avance del rotor cada 90º (1 rpm = 4

pasos).

2.31.2 Paso doble: alimentación de dos

polo por ves, con dos pares de polos avance del ro-

tor cada 90º (1 rpm = 4 pasos). Con esta secuencia

aumenta la tracción del rotor.

2.31.3 Medio paso: alimentación alterna-

da de la cantidad de polo, la secuencia operativa

primero alimenta a dos polos sucesivos y a conti-

nuación un solo polo. Con este sistema de control

A1 B1 A2 B2

1er Paso 1 0 0 0

2do Paso 0 1 0 0

3er Paso 0 0 1 0

4to Paso 0 0 0 1

A1 B1 A2 B2

1er Paso 1 1 0 0

2do Paso 0 1 1 0

3er Paso 0 0 1 1

4to Paso 1 0 0 1

1

A1 A2

B2

B1 2

A1 A2

B2

B1

3

A1 A2

B2

B1 4

A1 A2

B2

B1

Secuencia paso simple

1

A1 A2

B2

B1

2

A1 A2

B2

B1

3

A1 A2

B2

B1

4

A1 A2

B2

B1

Paso doble

2

A1 A2

B1

A1 A2

B1 1

Page 22: Motores electricos

- 56 -

se obtiene para un motor de dos pares de polos a-vances de 45º (1 rpm = 8 pasos).

2.31.4 Micropasos: los motores paso a pa-

so se caracterizan por tener una elevada capacidad de

posicionamiento. Esto hace que sean ideales en sistemas

donde se requiera grandes precisiones en los movimien-

tos.

A cada movimiento cuando la

resolución de una revolución por minuto del

eje esta dada por un gran cantidad de

posicionamientos se lo denomina

micropasos. La técnica de micropasos consiste

en que un motor paso a paso alcance posiciones

intermedias en-tre dos movimientos o pasos.

El control de posicionamiento de estos

motores solamente es posible con ordenadores

programables. El posicionamiento del rotor es

dependiente del campo elec-tromagnético

formado por la circulación de una corriente

eléctrica por una de las fases o bobinas del

devanado del estator.

Para los posicionamientos en micropasos se ener-

gizan dos fases del devanado del estator en forma simul-

tánea. Con la regulación automática de la corriente

que circula por cada fase y por ende del campo e-

lectromagnético se busca el punto de equilibrio

magnético para determinar el ángulo de giro del

micropaso. Para formar los puntos de equilibrio de los

campos electromagnéticos las corrientes eléctricas que

circulan por las dos fases o bobinas no son iguales.

A1 B1 A2 B2

1er Paso 1 0 0 0

2do Paso 1 1 0 0

3er Paso 0 1 0 0

4to Paso 0 1 1 0

5to Paso 0 0 1 0

6to Paso 0 0 1 1

7mo Paso 0 0 0 1

8vo Paso 1 0 0 1

B1

Rotor dentado

Page 23: Motores electricos

- 57 -

2.31.5 Paso bipolar: alimentación de un polo bifilar por ves conmutándose el

sentido de la corriente eléctrica, con dos pares de polos avance del rotor cada 90º (1

rpm = 4 pasos).

A1 A2 B1 B2

1er Paso + - 0 0

2do Paso 0 0 + -

3er Paso - + 0 0

4to Paso 0 0 - +

1

A1 A2

B2

B1

2

A1 A2

B2

B1

3

A1 A2

B2

B1

4

A1 A2

B2

B1

1er Paso A1

A2

A3 C

A1

A2

A3 C

2do Paso

A1

A2

A3 C

3er Paso