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Clasificacin
Por su velocidad degiro-Asncrono
Un motor se considera asncrono cuando lavelocidad del campo magntico generado por elestator supera la velocidad de giro del rotor.
-SncronoUn motor se considera sncrono cuando lavelocidad del campo magntico del estator es igual ala velocidad de giro del rotor
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Clasificacin
Por el tipo derotor-Motores jaula de ardilla
-Anillos rozantes
Por el numero de fases dealimentacin-Motores monofsicos
-Motores bifsicos-Motores trifsicos-Arranque con condensador
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Datos a Considerar:Datos a Considerar:
Motores Sincrnicos son mas caros que losMotores Sincrnicos son mas caros que losmotores de induccin o asncronos.motores de induccin o asncronos.
+de 3 Hp se utiliza un sistema para arrancar,+de 3 Hp se utiliza un sistema para arrancar,
(motor de induccin)(motor de induccin) Duracin de motor de induccin es de 12 aosDuracin de motor de induccin es de 12 aos
++-- 3 aos.3 aos.
Motor de corriente continua vale 3 a 4 VecesMotor de corriente continua vale 3 a 4 Veces
uno de induccin.uno de induccin.
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3 devanados en elestator desfasados2T/(3P) siendo P n
pares de polos
El N de fases del rotor notiene porqu ser el mismoque el del estator, s ser
igual el nmero de polos.Los devanados del rotorestn conectados a anilloscolectores montados sobreel mismo eje
Los conductores del rotor estn
igualmente distribuidos por laperiferia del rotor. Los extremosde estos conductores estncortocircuitados, no habiendoconexin con el exterior. Laposicin inclinada de lasranuras mejora el arranque ydisminuye el ruido
Estator
Jaula deardilla
Bobinado
Rotor
DevanadoTrifsico
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El campo giratorioEl campo giratorio en CAen CA
Conceptos preliminaresConceptos preliminaresEn los motores de CC conmutados electrnicamente se vio
que la conmutacin se utiliza para movermover la direccin del
campo magntico del estator desde una posicin a otra,
mediante la conexin de distintos devanados (siguiendo unasecuencia preestablecida).
En los motores de CA ocurre un efecto similar. Sin embargo,
el campo giratoriocampo giratorio es producido por las variaciones graduales
que va experimentando la onda sinusoidal de la corriente quecircula por los devanados del estator.
La forma simplificada de cmo est constituido un motor de
CA es la que se muestra a continuacin:
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Configuracin de un motor de CAConfiguracin de un motor de CAVB
VA
Polos de la
fase A
Polos de la
fase B
Fuentes de CA
desfasadas 90
entre s.
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Configuracin de un motor de CAConfiguracin de un motor de CA
Forma de creacin
del campo giratorio
en un motor bifsico
Contribucin Fase A
Contribucin Fase B
Flujo Neto Resultante
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Polos por fasePolos por fase
El nmero de polos de un motor de CA no necesariamente
coincide con el nmero de fases. Al indicar el nmero de
polos de un motor se refiere a la cantidadcantidad dede polospolos porpor fasefase.
Dos fases y
cuatro polos
VA
VB
VB
VA
Polos
Fase A
PolosFase B
Plano de devanado de
los polos de la Fase A
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Giro del flujo de campoGiro del flujo de campoLa distribucin mecnica del flujo en un motor depender delinstante de la seal sinusoidal de excitacin. En la siguiente
figura se muestra la distribucin del flujo para un motor de
cuatro polos, en los instantes 0, 90 y 180:
N
N
S S
N
NS
S
N N
S
S
0 90 180
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Giro del flujo de campoGiro del flujo de campo
La velocidad de rotacin del campo de flujo va a depender de
la cantidad de polos que tenga el motor. Por ejemplo, en un
motor de dos polos excitado con una frecuencia sinusoidal de
60Hz, el campo giratorio dar 60 giros un segundo, mientras
que si el motor fuese de 4 polos, slo dar 30 giros en el
mismo tiempo.
En general, puede decirse que:
Pfv 120sincv
!
donde: f: frecuencia; y P: Nmero de polos.
vsinc
: velocidad sncrona.
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Giro del flujo de campoGiro del flujo de campo
Ejemplo.
Un motor de CA que trabaja con una frecuencia de 60 Hz
tiene 4 polos instalados, determinar la velocidad de operacin.
P
fv
120sinc
v!
Vsinc= 60 x 1204
Vsinc = 1800 Nota: La velocidad de un motor solo depende de
los polos instalados y de la frecuencia del voltaje.
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Motores monofsicos deMotores monofsicos de
induccin.induccin.El campo magntico
producido por una corriente
monofsica en una bobina
est siempre sobre el eje dela misma ( es decir no se
produce un campo
magntico giratorio).
Para que se produzca un
campo alterno giratorio tieneque haber por lo menos 2
bobinas desfasadas entre si
90.
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Obtencin del desfasaje
Obtencin del desfasaje
ROTORFase
A
Fase
B
C
IA
IB
IAIB
90 180
Corriente
Grados
270 360
Puede notarse que, para operar el motor, es suficiente conalimentar ambos devanados con corrientes desfasadas entre s.
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Arranque por capacitorArranque por capacitor
ROTORFase
A
Fase
B
IA
IB
C
SW
En realidad, despus que el motor de jaula de ardilla comienzasu rotacin, no es necesario mantener la diferencia de fases
para mantener el campo giratorio.Para eliminar la faserelacionada al capacitorde arranque, se puedeusar un switch censwitch cen--
trfugotrfugo, que interrumpela circulacin decorriente despus dealcanzar una ciertavelocidad de operacin.
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Componentes del motorComponentes del motor
Un ejemplo decmo est cons-tituido el motorinternamente se
muestra acontinuacin:
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f )f ) Motores de jaula deMotores de jaula de
ardilla monofsicosardilla monofsicosEl rotor Jaula de ArdillaEl rotor Jaula de ArdillaLa estructura de este tipo de rotor, como su nombre lo indica,tiene la forma de una jaula de ardilla, tal como se muestra en
la siguiente figura:
Se trata de barras conductoras unidas por anillos terminales dealuminio o cobre. Generalmente tienen un ncleo de una
aleacin de hierro, con buena permeabilidad magntica.
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El rotor Jaula de Ardilla
El rotor Jaula de Ardilla
Cuando el campo del estator cruza las barras conductoras delrotor, induce un voltaje en las mismas, produciendo una
circulacin de corriente entre las barras y el anillo que las une.
Este campo magntico producido en el rotor se opondr alcampo del estator, provocando un giro en el rotor, tratando deseguir al campo giratorio. Es por esto que se llaman motores
asincrnicos.
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El campo magntico giratorio origina un flujo que induce corrientes en el
rotor que interactan con el campo magntico del estator. En cadaconductor se produce una fuerza F=ilB que da lugar al par del motor.
Motor Asncrono o de Induccin:Motor Asncrono o de Induccin:
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Operacin de motores de jaula de ardillaOperacin de motores de jaula de ardilla
Una de las caractersticas principales de los motores de jaula
de ardilla es que el campo giratorio corta las barras del rotor ala velocidadvelocidad sncrona,sncrona, vvsincsinc , para provocar el giro del mismo.
Por lo tanto, para que este campo del flujo con el tiempo se
mantenga durante el movimiento del rotor, no es posible queambos (campo giratorio y rotor) giren a la misma velocidad(la velocidad relativa entre ellos tiene que ser distinta de cero).
As, la velocidad del rotor, vvrotrot, es menor que vvsincsinc, y se define
el concepto de desplazamientodesplazamiento
como la diferencia entreambas velocidades, es decir:
desplazamiento= vsinc- vrot
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Motores de induccin trifsicosMotores de induccin trifsicos
Configuracin trifsicaConfiguracin trifsicaLas corrientes alternas trifsicas estn constituidas por tres
voltajes sinusoidales de igual amplitud y desfasados entre s120 elctricos. Sin embargo, esto no implica que las
corrientes de una carga trifsica sean iguales, ya quedependern de la carga aplicada.
Cuando la carga elctrica es un motor de induccin trifsico,la carga aplicada a las tres fases es la misma y, por lo tanto, las
corrientes producidas tambin sern iguales. Esta situacin se
conoce como cargascargas balanceadasbalanceadas.
Para esto se cumple la relacin:
faseVV 3lnea !
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Donde VVlnealnea representa el voltaje lnealnea aa lnealnea (conocidonormalmente como voltajevoltaje dede lnealnea) entre cualquier par delneas, mientras que VVfasefase corresponde al voltajevoltaje lnealnea--
neutroneutro (voltajevoltaje dede fasefase).
Configuracin trifsicaConfiguracin trifsica
IL
VL
VLIL
IL
VL
VL
VL
VFLNEA 1 (X1)
LNEA 2 (X2)
LNEA 3 (X3)
LNEA 1 (H1)
LNEA 2 (H2)
LNEA 3 (H3)
NEUTRO
VL = VF X 3VF = VL
3IL = IF
VL = VF
IL = IF X 3
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Circuito Y o EstrellaCircuito Y o Estrella
Configuracin trifsicaConfiguracin trifsica
Va
Vb Vcn
a
b c
Ia
Ic
Ib
ICA
B C
En este caso, se tiene que:
lneafase !
Esta situacin destaca claramente que la corriente aumentar
respecto del caso anterior en un factor de 1.73, es decir:
Las relaciones indicadas ya fueron estudiadas con ms
profundidad en las Unidades pasadas.
faseII 3lnea !
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Motores de jaula de ardilla trifsicosMotores de jaula de ardilla trifsicos
Tal como en el caso bifsico, un motor de induccin trifsicoproduce un campo giratorio entre polos, separados mecnica-mente 120 (dos polos por fase), debido a corrientes que circu-
lan entre los devanados que estn separadas elctricamente en
120. La conexin tpica de este tipo de motores es:
R
S
T
N
Polos de
la fase R
Polos de
la fase S
Polos de
la fase T
Este punto se
encuentra en el
interior del motor
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Motores de jaula de ardilla trifsicosMotores de jaula de ardilla trifsicos
Conexin en estrella, el voltaje a travs de cualquier devanado
de fase es igual al voltaje de lnea dividido por 1.73. As, porejemplo, si el voltaje de lnea es 380V, el voltaje en cada fase
del motor ser:
El fabricante del motor lo disear para que pueda ser conecta-
do en estrella a un voltaje trifsico de 380V de lnea. Estoimplica que el tipo de alambre del devanado para cada fase
individual ser adecuado para trabajar satisfactoriamente con
220V sobre la misma.
VVV
Vlnea
fase 2203
380
3Y)en(motor !!!
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Motores de jaula de ardilla trifsicosMotores de jaula de ardilla trifsicos
Sin embargo, tambin puede optar por permitir que el
devanado pueda ser conectado en Delta, por lo que el voltajesobre cada fase ser el voltaje de la lnea, es decir:
Por lo tanto, si el fabricante del motor desea que el motor
pueda ser operado en ambas condiciones, disear los
devanados del motor con mayor cantidad de vueltas, un calibrede alambre ms delgado y una aislacin elctrica ms gruesa,
como para que pueda trabajar con mayores voltajes aplicados a
los mismos.
VVV lneafase 380)en(motor !!(
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M
otores de jaula de ardilla trifsicosM
otores de jaula de ardilla trifsicos
Los motores trifsicos pueden ser diseados por gruposgrupos dede
devanadosdevanados por cada fase, que permiten un mejor aprovecha-
miento del flujo magntico.
El mejor uso del espacio efectivo en el estator que permite este
tipo de configuraciones, representa su mayor ventaja respecto
de los motores bifsicos. Esto facilita la construccin de
motores pequeos, de bajo costo y alta potencia. Esta situacines equivalente en el caso de generadores trifsicos.
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otores de jaula de ardilla trifsicosM
otores de jaula de ardilla trifsicosLa velocidad sincrnica y el deslizamiento se calculan de la
misma forma para ambos tipos de motores. Las ventajas deusar tres fases se pueden resumir como sigue:
Las mquinas (generadores o motores) son mscompactas, de mayor eficiencia de operacin y menorcosto de produccin.
La potencia elctrica se transmite ms eficientemente,
con una prdida de potenciaI2R
menor por fase. El par producido por un motor trifsico es constante,
sin ninguna tendencia a pulsarpulsar (como sucede con los
motores monofsicos).
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otores de jaula de ardilla trifsicosM
otores de jaula de ardilla trifsicos
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Este motor tiene la caracterstica de que su velocidad de giro esdirectamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente
alterna que lo alimenta.
El motor sncrono, utiliza el mismo concepto de unun campocampo
magnticomagntico giratoriogiratorio producido por el estator, pero ahora el rotorrotor
consta de electroimanes o de imanesimanes permanentespermanentes (PM(PM)) que
giran sincrnicamente con el campo del estator.
a
b
c
S a or coil
Ro or coils
Motor Asncrono (Induccin)Motor Asncrono (Induccin) Motor (AC) SncronoMotor (AC) Sncrono
Motores Sncronos Motores Sncronos
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Motores Sncronos Motores Sncronos
Motor sncrono de
imn permanenteMotor sncrono derotor bobinado
sncrono de imn permanente:motores de pequeas potencias
Al conectar el devanado trifsico del estator a
una red exterior de alimentacin, las corrientes
trifsicas que circularn por las bobinas del
estator darn origen a una onda de f.m.m.giratoria y ser determinante, a su vez, de un
campo giratorio de igual velocidad
MOTOR ACMOTOR AC--SINCRONOSINCRONO
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Motores Sncronos Motores SncronosPrincipio deFuncionamiento
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Motores Sncronos Motores Sncronos
Motor sncrono bipolar de imn permanente.La razn por la que se llama motor sncrono esque el imn del centro girar a una velocidad
constante sncrona (girando exactamente comoel ciclo) con la rotacin del campo magntico.
La velocidad de un generador (o motor) que estdirectamente conectado a una red trifsica es
constante y est impuesta por la frecuencia dela red.
Sin embargo, si dobla el nmero deelectroimanes que hay en el estator, puede
asegurar que el campo magntico girar a lamitad de la velocidad.
www.windpower.org
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Motores Sncronos Motores Sncronos
Los motores de AC que utilizan imanes para producir el
campo magntico en el entrehierro, se denominanMotores de Imn Permanente.
Los ms utilizados son:
1.1.-- Sncronos (PMSM)Sncronos (PMSM) :campo magntico giratorio y uniforme
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El Rotor es el componente que gira (rota) en unamquina elctrica, sea sta un motor o un generadorelctrico.
Un esttores una parte fija de una mquina rotativa, lacual alberga una parte mvil (rotor); en los motoreselctricos el esttor est compuesto por un imn natural(en pequeos motores de corriente continua) o por unao varias bobinas montadas sobre un ncleo metlico
que generan un campo magntico. En motores mspotentes y de corriente alterna, tambin se les llamainductoras.