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INTRODUCCION A LOS MOTORES ELECTRICOS

Clasificacin general de los motores elctricos

Un motor elctrico es esencialmente una mquina que convierte energaelctrica en movimiento o trabajo mecnico, a travs de medioselectromagnticos.

Debido a que son muchos y variados los tipos de motores elctricos, existennumerosas formas de catalogarlos. A continuacin se muestran algunas de las formas ms usuales:

Por su alimentacin elctrica. Por el nmero de fases en su alimentacin. Por su sentido de giro. Por su flecha. Por su ventilacin. Por su carcasa. Por la forma de sujecin. Por la posicin de su flecha. INTRODUCCION A LOS MOTORES ELECTRICOS

Tipo de alimentacin

Por su alimentacin elctrica:

Corriente DirectaCorriente Alterna

Clasificacin por el nmero de fases en su alimentacinMonofsicos: 1 Fase

Rotor devanadoRepulsin Jaula de ArdillaFase PartidaFase partida con condensadorPolo de sombraHistresis

Tienen problemas para arrancarTienen devanado de trabajoTienen devanado de arranque

Clasificacin por el nmero de fases en su alimentacinBifsicos: 2 Fases

Rotor devanadoJaula de Ardilla

Solo tienen devanado de rgimen o trabajoNo tienen devanado de arranqueClasificacin por el nmero de fases en su alimentacinBifsicos: 3 Fases

Rotor devanadoJaula de Ardilla

Solo tienen devanado de rgimen o trabajoNo tienen devanado de arranqueClasificacin por su sentido de giroSentido Horario

Sentido Anti-horario

Clasificacin por su flechaFlecha Slida

Flecha Hueca

Clasificacin por su ventilacinCon ventiladores

AutoventiladosClasificacin por su carcasaCerrada.

Abierta.

Aprueba de goteo (Chorro de goteo).

Aprueba de explosin.

Sumergible.Clasificacin por la forma de sujecinBrida Lateral

Brida FrontalPrincipio de operacin bsica

Un motor elctrico opera primordialmente en base a dos principios: El deinduccin, descubierto por Michael Faraday en 1831; que seala, que si unconductor se mueve a travs de un campo magntico o est situado en lasproximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidadvariable, se induce una corriente elctrica en el primer conductor. Y el principioque Andr Ampre observo en 1820, en el que establece: que si una corrientepasa a travs de un conductor situado en el interior de un campo magntico,ste ejerce una fuerza mecnica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre elconductor.En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polosur (S), que son las regiones donde se concentran las lneas de fuerza de unimn. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atraccin y repulsinque existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estarformado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polosmagnticos iguales se repelen, y polos magnticos diferentes se atraen,produciendo as el movimiento de rotacin. En la figura 1.9 se muestra como seproduce el movimiento de rotacin en un motor elctrico.

a) Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]. Seutilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamentela velocidad del motor, adems, se utilizan en aquellos casos en los quees imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motoresaccionados por pilas o bateras. Este tipo de motores debe de tener en elrotor y el estator el mismo numero de polos y el mismo numero decarbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

Serie Paralelo Mixtob) Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores msusados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemasde distribucin de energas normales. De acuerdo a su alimentacin sedividen en tres tipos:

Monofsicos (1 fase) Bifsicos (2 fases) Trifsicos (3 fases)

c) Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corrientecontinua, la principal diferencia es que esta diseado para funcionar concorriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es sueficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan enmaquinas de pequea potencia, sta no se considera importante, adems,su operacin debe ser intermitente, de lo contrario, ste se quemara.Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.Partes fundamentales de un motor elctricoDentro de las caractersticas fundamentales de los motores elctricos, stosse 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 loscojinetes . No obstante, un motor puede funcionar solo con elestator y el rotor.

EstatorEl estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde esepunto se lleve a cabo la rotacin del motor. El estator no se muevemecnicamente, pero si magnticamente. Existen dos tipos de estatores:

a) Estator de polos salientes

b) Estator rasurado

Tipos de estatoresEl estator est constituido principalmente de un conjunto de lminas deacero al silicio (y se les llama paquete), que tienen la habilidad de permitirque pase a travs de ellas el flujo magntico con facilidad; la parte metlica delestator y los devanados proveen los polos magnticos.

Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,),por ello el mnimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (unnorte y un sur).Rotor

El rotor es el elemento de transferencia mecnica, ya que de l depende laconversin de energa elctrica a mecnica. Los rotores, son un conjunto delminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser bsicamente de tres tipos:

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Rotor Ranurado

Rotor polos salientes

Rotor Jaula de ArdillaCarcasaLa carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el materialempleado para su fabricacin depende del tipo de motor, de su diseo y suaplicacin. As pues, la carcasa puede ser:a) Totalmente cerradab) Abiertac) A prueba de goteod) A prueba de explosionese) De tipo sumergible

BaseLa base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecnica deoperacin del motor, puede ser de dos tipos:a) Base frontalb) Base lateral

Caja de conexionesPor lo general, en la mayora de los casos los motores elctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardndolos de la operacin mecnica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera daarlos.

TapasSon los elementos que van a sostener en la gran mayora de los casos a loscojinetes o rodamientos que soportan la accin del rotor.

CojinetesTambin conocidos como rodamientos, contribuyen a la ptima operacin delas partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecnicos,y para reducir la friccin, lo que contribuye a lograr que se consuma menospotencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

a) Cojinetes de deslizamiento .- Operan el base al principiode la pelcula de aceite, esto es, que existe una delgada capa delubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.

b) Cojinetes de rodamiento .- Se utilizan con preferenciaen vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones: Tienen un menor coeficiente de friccin, especialmente en elarranque. Son compactos en su diseo Tienen una alta precisin de operacin. No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante. Se remplazan fcilmente debido a sus tamaos estndares

Caractersticas particulares de los motores elctricos de corriente alternaLos parmetros de operacin de un motor designan sus caractersticas, esimportante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parmetrosdeterminantes para la operacin del motor. Las principales caractersticas de los motores de C.A. son:Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo; en fsica laPotencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la potenciaes el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo estas unidadestienen el inconveniente de ser demasiado pequeas para propsitos industriales.Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP) que se definencomo:1 kW = 1000 W1 HP = 747 W = 0.746 kW1kW = 1.34 HPVoltaje: Tambin llamada tensin elctrica o diferencia de potencial,existe entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una cargapositiva de un punto a otro:E = [VA VB]Donde: E = Voltaje o TensinVA = Potencial del punto AVB = Potencial del punto B

La diferencia de tensin es importante en la operacin de un motor, ya quede esto depender la obtencin de un mejor aprovechamiento de la operacin.Los voltajes empleados ms comnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2300V y 6000 V.Corriente: La corriente elctrica [I], es la rapidez del flujo de carga[Q] que pasa por un punto dado [P] en un conductor elctrico en un tiempo [t]determinado.

I = Q/t

Donde: I = Corriente elctricaQ = Flujo de carga que pasa por el punto Pt = Tiempo

La unidad de corriente elctrica es el ampere. Un ampere [A] representa unflujo de carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquierpunto.

Los motores elctricos esgrimen distintos tipos de corriente, quefundamentalmente son: corriente nominal, corriente de vaco, corriente dearranque y corriente a rotor bloqueado.

Corriente nominal: En un motor, el valor de la corriente nominal es lacantidad de corriente que consumir el motor en condiciones normales deoperacin.Corriente de vaco: Es la corriente que consumir el motor cuando nose encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de sucorriente nominal.Corriente de arranque: Todos los motores elctricos para operarconsumen un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que esaproximadamente de dos a ocho veces superior.Corriente a rotor bloqueado: Es la corriente mxima que soportara elmotor cuando su rotor est totalmente detenido.Revoluciones por minuto (R.P.M.) o velocidad angular:

Se define como la cantidad de vueltas completas que da el rotor en el lapso de un minuto;el smbolo de la velocidad angular es omega [W], no obstante, el la industria seutilizan tambin para referirse, la letras: N o simplemente las siglas R.P.M.

W = N = 2F t

F = 1/t

Donde: W=N = Revoluciones por minuto o velocidadangular = Constante [3.14]F = Frecuenciat = Tiempo

Revoluciones por minuto (R.P.M.) o velocidad angular:

Las unidades de la velocidad son los radianes por segundo (rad/s), sinembargo la velocidad tambin se mide en metros por segundo (m/s) y enrevoluciones por minuto [R.P.M.]. Para calcular las R.P.M. de un motor se utilizala ecuacin:

RPM= 120F/ #Polos=60F/#Polos pares

Donde: R.P.M. = Revoluciones por minuto o velocidad angularF = FrecuenciaFactor de potencia: El factor de potencia [cos ] se define como la razn que existe entre Potencia Real [P] y Potencia Aparente [S], siendo la potencia aparente el producto de los valores eficaces de la tensin y de la corriente:

Factor de servicio: El factor de servicio de un motor se obtieneconsiderando la aplicacin del motor, para demandarle ms, o menos potencia, ydepende directamente del tipo de maquinaria impulsada:P = [#F(E)I ()F.P.]

Pr = P F.S. F.S. = Pr/P

Donde: P = Potencia = Eficiencia#F = Nmero de fases F.P. = Factor de potenciaE = Tensin Pr = Potencia realI = Corriente F.S. = Factor de servicioNOTA: Para el numero de fase se utilizara 1 para sistemas monofsicos, 2para sistemas bifsicos, y para sistemas trifsicos se utilizara raiz cuadrada de 3 = 1.732.Nmero de fases: Depende directamente del motor y del lugar de instalacin, por ejemplo: Para motores con potencia menor o igual a 1 HP (a nivel domestico), generalmente, se alimentan a corriente monofsica (127 V.); cuando la potencia del motor oscila entre 1 y 5 HP lo ms recomendable es conectarlo a corriente bifsica o trifsica (220 V.); y para motores que demanden una potencia de 5 HP o ms, se utilizan sistemas trifsicos o polifsicos.Par o Torque : Un par de fuerzas es un conjunto de dos fuerzas demagnitudes iguales pero de sentido contrario. El momento del par de fuerzas otorque, se representa por un vector perpendicular al plano del par.Par Nominal: Es el par que se produce en un motor elctrico para quepueda desarrollar sus condiciones de diseo.Par de arranque: Es el par que va a desarrollar el motor para rompersus condiciones iniciales de inercia y pueda comenzar a operar.Par mximo: Tambin llamado par pico, es el par que puededesarrollar el motor sin perder sus condiciones de diseo, es decir, que es ellimite en el que trabaja el motor sin consumir ms corriente y voltaje,asimismo de que sus revoluciones son constantes, y conjuntamente estarelacionado con el factor de servicio.Par de aceleracin: Es el par que desarrolla el motor hasta quealcanza su velocidad nominal.Par de desaceleracin: Es el par en sentido inverso que debeemplearse para que el motor se detenga.Par a rotor bloqueado: Se considera como el par mximo quedesarrolla un motor cuando se detiene su rotor.

Frecuencia: Es el nmero de ciclos o repeticiones del mismomovimiento durante un segundo, su unidad es el segundo-1 que corresponde a un Hertz [Hz] tambin se llama ciclo [ ] seg1 = Hertz = Ciclo

La frecuencia y el periodo estn relacionados inversamente:Deslizamiento: El deslizamiento es la relacin que existe entre la velocidad de los campos del estator y la velocidad de giro del rotor:

z = Vc/Vr

Donde: z = DeslizamientoVc = Velocidad de los campos del estatorVr = Velocidad de giro del rotor

En los motores de corriente alterna de induccin, especficamente de jaulade ardilla, el deslizamiento es fundamental para su operacin, ya que de ldepende que opere o no el motor.