INTRODUCCION A LOS MOTORES ELECTRICOS

Carrera ProfesionalElectrotecnia IndustrialIng. George Ulises Pinto Yugra

MOTORES ELECTRICOS

INTRODUCCION Gran parte de la carga que se impone a un sistema de potencia consiste en motores elctricos. En el hogar (licuadoras, etc.). En el taller (esmeriles, taladros); en la oficina (ventiladores), en las fabricas, motores de induccin monofsico para trabajos de pequea magnitud y trifsicos para trabajos pesadosProf. Lino Caldern

3DEFINICIONEs el conjunto de mecanismos que pueden aprovechar la energa elctrica y a cambio entrega energa Mecnica

CLASIFICACION GENERAL Las maquinas elctricas se clasifican en 3 grupos:

GeneradoresMotoresTransformadores

Prof. Lino CaldernPRINCIPIO DEL MOTOR ELCTRICO

En todos los motores elctricos, un convertidor de energa transforma la energa elctrica en energa mecnica. El principio bsico del motor se reduce a la desviacin de un conductor recorrido por la corriente en un campo magntico. En la figura se representan grficamente las conexiones.

En la figura, el conductor sin corriente descansa como material no magntico en el campo magntico B1, denominado campo de excitacin.

En la figura 1.10b, se representa, por el contrario, el campo magntico de un conductor recorrido por la corriente, donde la corriente debe fluir al plano del papel. Este campo magntico B2 que consta de lneas de campo concntricas se denomina campo inducido. Mediante la superposicin de ambos campos magnticos B1 y B2, se produce como resultado un campo magntico Bres, como se ilustra en la figura 1.10c. Mediante la concentracin de las lneas de campo en el lado derecho, el conductor es movido hacia el lado ms dbil del campo.

PRINCIPIO DEL MOTOR ELCTRICOLA MQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

INTRODUCCIN

Las mquinas de corriente continua (cd) pueden trabajar como generadores transformado potencia mecnica en elctrica o como motores transformado potencia elctrica en potencia mecnica. Hay una similitud entre las mquinas dc y las ac debido a que el interior, ya que las mquinas dc producen en su interior corrientes y tensiones ac, las mismas que son rectificadas mediante un conmutador y escobillas y la salida es en cd.PARTES FUNDAMENTALES

Estator: Polos. Las bobinas de campo. Los interpolos. Los arrollamientos de compensacin. El yugo. Las escobillas y los portaescobillas.

Rotor: El ncleo de la armadura. El conmutador. El arrollamiento de la armadura.

COMPONENTES DE UNA MQUINA DE C.C. EL ESTATOR QUE INCLUYE Los polosLos polos estn hechos en acero silicio laminado, su forma tpica se ve en la figura.

EL ESTATOR QUE INCLUYE

Bobina de campoLas bobinas de campo estn arrolladas sobre los polos tal como puede verse en la figura anterior. Puede ser de dos tipos: Bobina Shunt, compuestas de muchas espiras de alambre delgado. Bobina serie, compuestas de pocas espiras de alambre grueso.

InterpolosEstn hechos de lminas de acero silicio y llevan un arrollamiento de cobre de alambre grueso conectado en serie con la armadura. Arrollamiento de compensacinEstos arrollamientos estn conformados por los conductores que se colocan en los polos con el objeto de neutralizar la reaccin de armadura. Solamente los llevan las mquinas de gran potencia ya que su costo es bastante elevado.

El yugo del estatorEl yugo del estator es bastante necesario para realizar el circuito magntico de la mquina. Normalmente est hecho de acero o de hierro fundido.

Las escobillas y las portaescobillasToda mquina de corriente continua requiere de por lo menos dos escobillas. Estn hechas de carbn o de cobre grafito y van alojados en los portaescobillas que estn sujetos en un anillo que va entornillado al yugo.Un resorte presiona firmemente las escobillas sobre el conmutador para obtener un buen contacto elctrico.EL ROTOR QUE INCLUYE

El ncleo de la armaduraEst constituido por lminas de acero silicio o seccin circular. La circunferencia es ranurada para que puedan alojarse los conductores del arrollamiento de armadura. Las lminas tienen un hueco circular en el centro para el eje.

Los arrollamientos de armaduraExisten solamente dos tipos de arrollamientos de armadura: el imbricado y el ondulado.Estos arrollamientos adems pueden ser simples (smplex) o mltiples (dplex, trplex, etc.) aunque estos ltimos son poco utilizados por presentar problemas con la conmutacin por lo que nos limitaremos a estudiar solamente los arrollamientos smplex.

EL ROTOR QUE INCLUYE

El conmutadorEl conmutador esta hecho por un gran nmero de segmentos de cobre o delgas, aislados entre s. El conmutador una vez ensamblado es colocado en eje de la mquina, a cierta distancia del ncleo de la armadura.

Conmutador

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Los motores de corriente continua se han hecho populares por varias razones, una de ellas es su amplia aplicacin en carros, camiones, vehculos mineros de gran capacidad, aviones, ascensores, en accionamiento de bombas hidrulicas, mquinas herramientas etc. Otra aplicacin es en los casos donde se requiera amplios rangos de velocidad, los motores cc, son excelentes en las aplicaciones de control de velocidad.

Los motores de C.C. son, en esencia, idnticos a los dnamos que tienen el mismo tipo de excitacin, la diferencia est en el uso que se destinan. Cuando se utiliza una mquina para transformar energa elctrica en energa mecnica se denominan se denomina motor y si se emplea la misma mquina para transformar energa mecnica en energa elctrica se le llama dnamo.Los motores son alimentados desde fuentes de tensin exteriores, por lo que se puede asumir que la tensin es permanente y constante. Teniendo en cuento esto, podemos clasificar los motores en cinco tipos principales:

Motor de CC en derivacin o shunt. Motor de CC de excitacin independiente. Motor de CC de imn permanente. Motor CC de serie. Motor de CC con excitacin compuesta.

Motor C.C. de excitacinindependiente

Motor C.C. con excitacinshuntMOTOR CC CON IMAN PERMANENTE

La caracterstica de estos motores es que sus polos son hechos de imanes permanentes. En este caso, el circuito de campo es reemplazado por imanes permanentes, por lo cul es empleado para manejar cargas pequeas por ser ms econmicos y menos complicados. Los motores de corriente continua cuyo campo magntico se obtiene mediante imanes permanentes (por ejemplo motores para limpiaparabrisas) deben considerarse tambin como motores con excitacin independiente. La presencia del imn permanente hace que el flujo sea constante, por ello, su velocidad no puede ser controlada por un restato de campo, teniendo como nico mtodo disponible el control de velocidad por variacin de la tensin de armadura y resistencia de armadura.

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR EN CONEXIN SERIE.El motor serie se caracteriza por presentar un gran par de arranque y por tener una frecuencia de giro que depende mucho de la carga.MOTOR DE CC CONEXCITACIN COMPUESTA (COMPOUND)

Variantes de conexionado del motor CC compound.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

ESTATOR.- El estator contiene el paquete de chapas y el bobinado estatrico, alimentado por una red. En estos motores de bobinado estatrico se llama tambin bobinado de excitacin o de campo.

Dichos bobinados est colocado sobrelos polos salientes o masas polares en la chapa de estator.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

ROTOR.- El rotor consta de un paquete de chapas donde van las bobinas del rotor y el colector. La ejecucin de las bobinas del rotor es similar a los bobinados de los motores universales. Dichos bobinados van montado sobre un paquete de chapas con ranuras uniformemente repartidas y conectado al colector. Y cada segmento o delga del colector est unido el principio de una bobina y el final de otra.

Por lo tanto, la corriente retrica introducida a travs de las escobillas se reparte en dos ramales en paralelo.

MOTORES DE C.A. DE COLECTOR

Todos estos motores estn constituidos, bsicamente por un rotor del tipo de C.C., un colector con delgas y uno o varios devanados estatricos del tipo de C.A. Estos motores pueden agruparse en: Motores monofsicos con excitacin en serie.Motores monofsicos de repulsin.Motores monofsicos de repulsin induccin.Dentro de esta clasificacin nos ocuparemos de los motores monofsicos Universal porque su uso es mas generalizado.

MOTOR UNIVERSAL

Se llama motor universal al que funciona con C.A. monofsica o C.C. Tiene un gran par de arranque y al funcionar en vaco se disparan adquiriendo una velocidad peligrosa, razn por la cual se deben trabajar siempre con carga.

Los motores de 3/8 de caballo no requieren bobinados de compensacin y su aplicacin es muy comn en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

PARTES PRINCIPALES DEL MOTOR UNIVERSAL

La carcasa, hecho por lo general de acero, de aluminio o de hierro fundido. El estator o inducido, formado por un paquete de chapas fuertemente unidas por remaches o pernos. Las mismas chapas forman las zapatas o masas polares. La mayora de los motores universales son bipolares y por lo tanto llevan dos bobinas de campo, las cuales se sujetan al estator. El rotor o inducido, es similar a uno pequeo de C.C. Las tapas o escudos estn asegurados a la carcasa por medio de tornillos. Los porta escobillas van por lo general empernado con el escudo frontal opuesto al lado de accionamiento.INVERSIN DE GIRO EN MOTOR UNIVERSAL

Las bobinas inductoras del motor universal van generalmente conectadas en serie.Para la inversin del sentido de giro en los motores universales, se hace invirtiendo el sentido de la corriente en el inducido o en las bobinas inductoras. El mtodo ms usado consiste en cambiar los terminales en los porta escobillas.Sin embargo la mayora de los motores universales se construyen para que gire en un solo sentido y los porta escobillas son fijos.En estos motores, es necesario despus de hacer la permutacin de los terminales de los porta escobillas, proceder a un nuevo calado (desplazamiento de porta escobillas) para evitar la produccin de chispas.

INVERSIN DE GIRO EN MOTOR UNIVERSAL

REGULACIN DE VELOCIDAD EN MOTOR UNIVERSAL

La regulacin de la velocidad en los motores universales se puede conseguir intercalando una resistencia variable. Aumentando la resistencia se disminuye la velocidad y quitndola se aumenta.En algunos motores se regula la velocidad derivando del bobinado de campo, tantas tomas como velocidades se requiera.

COLECTOR EN MOTOR UNIVERSAL

Es el elemento de conexin entre la parte fija y la parte mvil del motor.

Est formado por lminas de cobre de forma determinada, aislada entre si por una mica dura, aglomerada en caliente con una resina artificial o natural.

Para permitir el montaje del colector, se coloca sobre un torno a fin de darle interiormente un perfil de cola de milano en cada extremo.La fijacin de los colectores se efecta por medio de tornillos o con un anillo roscado.

COLECTOR EN MOTOR UNIVERSAL

Es el elemento de conexin entre la parte fija y la parte mvil del motor.

Est formado por lminas de cobre de forma determinada, aislada entre si por una mica dura, aglomerada en caliente con una resina artificial o natural.

Para permitir el montaje del colector, se coloca sobre un torno a fin de darle interiormente un perfil de cola de milano en cada extremo.

La fijacin de los colectores se efecta por medio de tornillos o con un anillo roscado.COLECTOR EN MOTOR UNIVERSAL

Las delgas del colector suelen estar determinadas, del lado de las bobinas, por una aleta o taln de delgas de cobre estaado, que sirve de conexin entre las haces, por una parte y el colector por otra.

En algunos colectores, en particular los modelos pequeos, los conductores estn alojados en un hueco fresado en la extremidad de las delgas del colector, a las que estn soldados.

PORTA CARBONES EN MOTOR UNIVERSAL

En la tapa correspondiente al lado del colector llevan acoplados dispositivos que soportan las escobillas. Estos dispositivos se llaman portacarbones o portaescobillas.Su forma vara segn la potencia de la mquina. Por ejemplo en los motores universales los taladros son segn el eje del colector y en cuyo interior se ubican las escobillas. Un resorte ( cuya compresin puede variar mediante un tornillo) y un tapn roscado o pinza, regula la compresin de la escobilla sobre las delgas del colector.Es necesario tambin verificar la presin correcta del resorte, en caso contrario se formar excesiva chispa o reemplazarlo por otro nuevo.ESCOBILLA DE CARBN EN MOTOR UNIVERSAL

La escobilla es uno de los elementos ms importantes y delicados de la mquina elctrica.Por consiguiente, el buen servicio de un motor con escobillas dependen mucho de la calidad de las escobillas, y si estas son de mala calidad o no tienen las caractersticas adecuadas, pueden malograr otras partes de la mquina elctrica, o causar graves desperfectos elctricos, principalmente sobre el colector.

Balance energtico de un motorPrdidas rotacionalesPrdidas en el cobre del rotorPrdidas en el hierroPrdidas en el cobre del estatorPotencia elctrica consumida ESTATORPotencia mecnica til del motor

PePu

ROTOR

MOTORES ELCTRICOS MONOFSICOS :

Son mquinas elctricas rotativas que transforman energa elctrica en energa mecnica utilizando el principio de induccin magntica.Se les denomina monofsica porque solamente llevan una bobina principal de trabajo, la capacidad mxima de potencia de estos motores es de 5HP. BT y BA.

MOTORES ASNCRONOS MONOFSICOS

INTRODUCCINLos motores monofsicos, como su propio nombre indica son motores con un solo devanado en el estator, que es el devanado inductor. Prcticamente todas las realizaciones de este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla.

Se utilizan fundamentalmente en electrodomsticos, bombas y ventiladores de pequea potencia, pequeas mquinas-herramientas, en los mencionados equipos de aire acondicionado, etc.

Se pueden alimentar entre una fase y el neutro o entre dos fases. No presentan los problemas de excesiva corriente de arranque como en el caso de los motores trifsicos de gran potencia, debido a su pequea potencia, por tanto todos ellos utilizan el arranque directo.CLASIFICACIN DE MOTORES ELCTRICOS MONOFSICOS :

1.- MOTORES DE REPULSIN: Son de alto par de arranque y de velocidad variable, su costo y mantenimiento es elevado porque llevan dos clases de bobinas, una bobina estatrica y una bobina rotrica.

CLASIFICACIN DE MOTORES ELCTRICOS MONOFSICOS :

3.- MOTORES DE FASE PARTIDA: Este tipo de motores elctricos llevan una bobina principal o de trabajo y una bobina auxiliar o de arranque en las ranuras estatricas, en la mayora de los casos llevarn un dispositivo de proteccin en la bobina auxiliar llamado interruptor centrfugo y en los otros casos no. Estos motores son de mayor utilizacin en la industria porque son bastante econmicos en su reparacin y mantenimiento. MOTORES ELCTRICOS TRIFSICOS:

Son mquinas elctricas rotativas que transforman la energa elctrica en energa mecnica utilizando el principio de induccin magntica.Los motores elctricos trifsicos para que puedan funcionar correctamente es necesario ejecutar en sus terminales de salida del bobinado una determinada conexin trifsica que puede ser estrella o tringulo. MOTORES TRIFSICOS

En los motores trifsicos el campo giratorio es producido por tres bobinados fijos geomtricamente decalados 120 y recorridos por corrientes alternas con el mismo desfase elctrico. La composicin de los tres campos alternos producidos forman un campo giratorio de amplitud constante.

La conexin de los tres grupos de bobinas en el estator puede hacerse en "estrella" o en "tringulo", segn sea la unin de los extremos de las bobinas.CLASIFICACIN DE MOTORES ELCTRICOS TRIFSICOS:

1.- MOTOR ELCTRICO TRIFSICO DE ANILLOS ROSANTES O DESLIZANTES.- Estos motores elctricos son los llamados motores sncronas, tienen un alto par de arranque, son motores diseados para mover buena cantidad de carga, llevan dos bobinados, un bobinado estatrico trifsico y otro bobinado rotrico trifsico. Su capacidad de potencia es de 10 HP hasta los 350 HP. CLASIFICACIN DE MOTORES ELCTRICOS TRIFSICOS:

2.- MOTOR ELCTRICO TRIFSICO DE JAULA DE ARDILLA.- Este tipo de motores elctricos llevan un solo bobinado principal en las ranuras estatricas y un bobinado secundario en corto circuito en el ncleo rotrico, son las ms utilizados en la industria. Su capacidad de potencia es hasta los 250 HP. Son llamados motores de induccin. Son las maquinas elctricas rotativas de mayor aplicacin practica. Como todo motor elctrico, transforma la energa elctrica en energa mecnica.Partes principales: Carcasa, Estator y Rotor.Prof. Lino CaldernMOTOR DE INDUCCION TRIFASICO

CARCASALa carcasa o envolvente es la parte externa de los motores y pueden estar construidas en acero, hierro fundido o de cualquier otra aleacin metlica.Prof. Lino Caldern

ESTATOREs la parte que esta fija en la carcasa y esta formada por un conjunto de chapas magnticas y con ranuras en donde estn alojados tres devanados idnticos, desfasados 120 elctricos. Prof. Lino Caldern

ROTOREs la parte giratoria y esta constituido por un conjunto de chapas magnticas con ranuras en donde va alojado el devanado rotrico.

Prof. Lino Caldern

ROTOR JAULA DE ARDILLAEs un cilindro de hierro con conductores empotrados en el ncleo. Los conductores de jaula de ardilla recorren a lo ancho del rotor y estn puestos en corto circuito .Prof. Lino Caldern

Prof. Lino CaldernPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASNCRONO

El principio de funcionamiento de los motores asncronos est basado en la produccin de un campo magntico giratorio.La velocidad sincrnica, es la velocidad con que gira el campo magntico giratorio. Viene dado por la formula:

n= revoluciones por minuto.f= frecuencia de la corriente elctricap= pares de polosLa velocidad del rotor es inferior a la del campo giratorio y por eso este tipo de motor se llama "asncrono".Prof. Lino CaldernN POLOS60 Hz50 Hz2360030004180015006120010008900750107506001260050014514428TABLA DE LA VELOCIDAD SINCRNICAProf. Lino CaldernLA VELOCIDAD DEL EJE (Ve)

La velocidad del eje es la velocidad de trabajo del motor elctrico que se manifiesta en su eje.

Ve : Vs De PRM

De : Desplazamiento , 3 % 5 %

Ejm.Prof. Lino Caldern

Prof. Lino Caldern

Prof. Lino Caldern

CAMPO MAGNETICO GIRATORIOEl arrollamiento trifsico del estator es conectado a una red de corriente trifsica, se genera un campo magntico que no solamente es alterno sino giratorio.

Prof. Lino Caldern

Figura 4-4. Arrollamientos de un estator trifsico.