Motores Monofásicos Y Trifasicos

MOTORES MONOFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA.

(1/50 Hp a 3Hps) (127.5 ó 220 volts)

Los motores monofásicos de inducción poseen un bobinado único en el estator. Este bobinado está devanado generalmente en varias bobinas que se distribuyen en la periferia del estator, y genera un campo magnético único alternado a lo largo del eje de los campos.

Estando inmóvil el rotor, las alternancias del campo del estator induce corriente en el rotor. Estas corrientes producen a su vez, campos del mismo signo que el estator, que tienden a hacerlo girar 180º hasta enfrentarlo con los polos opuestos. Pero esta fuerza se ejerce a lo largo del eje del rotor y por lo tanto la fuerza de giro es igual en ambos sentidos y el rotor no se mueve. Si en estas condiciones, se da al rotor un impulso con la mano, éste se pondrá en marcha y girará en la dirección en que se le dio el impulso. Al ir aumentando la velocidad del rotor, llega a un punto en que aproximadamente cumple medio giro, es decir, 180º de rotación, por cada alternancia completa de la corriente que circula por el estator.

Si las velocidades del campo magnético giratorio y la del rotor son iguales, no se inducirá f.e.m., debido a que no habría movimiento relativo entre los campos del estator y rotor. Al no haber f.e.m., no existirá corriente inducida y por lo tanto no se inducirá el par motor, entonces se hace necesario que el rotor gire a una velocidad menor que el campo magnético giratorio del estator. Esta diferencia de velocidad se llama "resbalamiento".

Los motores monofásicos de c.a se clasifican de la siguiente manera:

a) motor de fase partida

El motor de inducción de fase partida consta esencialmente de cinco partes: Estator, rotor, interruptor centrífugo, escudos y bastidor.

- Estator: Consiste de dos devanados sujetos en su lugar por unas ranuras en el núcleo de acero laminado, los dos devanados consisten de dos bobinas aisladas dispuestas y conectadas para que formen dos devanados separados el uno del otro a 90º eléctricos; uno de estos devanados es el principal y el otro es el de arranque. El devanado principal es de alambre grueso y colocado en el fondo de las ranuras del estator. El de arranque es de alambre delgado y situado en lo alto de las ranuras, encima del devanado principal.

- Rotor: Lo constituye un núcleo cilíndrico hecho con piezas de acero laminado. Cerca de la superficie del rotor hay montadas unas barras de cobre unidas a dos anillos de cobre. En algunos motores el rotor es una unidad de una sola pieza colada de aluminio. El mantenimiento de este rotor es relativamente poco, ya que no hay devanados en los que puedan crearse fallas. Además tampoco hay escobillas, colectores ni conmutadores que se tengan que cuidar. Por lo general, cerca del rotor hay montado sobre el mismo eje un ventilador, que hace que circule el aire por el motor y que la temperatura de los devanados no llegue a ser excesiva.

- Interruptor centrífugo: Consta de una parte estacionaria y una parte giratoria. La parte estacionaria está montada en uno de los escudos y tiene dos contactos cuya acción es la misma que la de un interruptor unipolar de una dirección. La parte giratoria va montada en el rotor.

- Escudos: Va sujeto a la carcasa o bastidor mediante tornillos y tuercas y sirven para mantener el rotor en la posición adecuada. Cada escudo lleva un orificio para el cojinete. Los cojinetes sirven para mantener bien centrado el rotor a fin de que no haya roce con el estator y además reducir el rozamiento al mínimo.

- Bastidor: Es de hierro colado en el que el núcleo del estator está encajado en él a presión.

Funcionamiento:

La corriente en el devanado principal está retardada 90º eléctricos con respecto al devanado de arranque. Cuando por estos devanados pasan dos corrientes desfasadas 90º se establece en campo magnético giratorio que gira a una velocidad sincrónica de polos.

rpm = 120 x f/p

f = frecuencia en ciclos / seg. (hertz).

p = número de polos.

Mientras este campo rotatorio gira, se induce un voltaje en el rotor. Este voltaje inducido crea el campo magnético del rotor. El campo del rotor reacciona con el campo del estator creando así, el par torsor que hace que el rotor gire. Cuando el rotor alcanza los ¾ de la velocidad normal el interruptor centrífugo se abre desconectando el devanado de arranque.

El motor sigue funcionando solamente con el devanado principal.

Si por alguna razón, el interruptor centrífugo falla y los contactos no se cierran al pasar el motor entonces el devanado de arranque quedará desconectado y cuando se active de nuevo el motor, éste no arrancará. Si se pone en marcha el motor con una carga demasiado grande, quizá no alcance una velocidad suficiente que haga que el interruptor centrífugo se abra, también si el voltaje de alimentación al motor es bajo, el interruptor puede no funcionar.

Si se invierten los conductores del devanado de arranque, se invierte el sentido del campo establecido por los devanados del estator y por lo tanto, se invierte el sentido de rotación del rotor.

Los motores monofásicos son por lo general de 110 y 220 voltios. El devanado principal tiene dos secciones y cada sección funciona a 110V. Por lo tanto, si se conecta 110V los dos devanados se conectan en paralelo y si se conecta a 220V los devanados se deben conectar en serie.

Propiedades:

- Buena regulación de velocidad.

- Par de arranque pequeño igual a 1 o 2 veces el par en marcha.

- Intensidad de arranque de 5 a 6 veces la nominal.

- Resbalamiento del 4% al 6%.

- Desfasaje entre devanados de 40 a 50 grados eléctricos.

- Se fabrican para potencias menores a 1 ½ hp.

Aplicación:

Lavadoras de ropa, bombas de agua pequeñas, bombas neumáticas etc.

b) motor de arranque por capacitador

La construcción de este tipo de motor es prácticamente la misma que la de un motor de fase partida, salvo que en él hay un condensador conectado en serie con los devanados de arranque. El condensador proporciona un par de arranque mayor y además limita la corriente de arranque a un valor menor que el de fase partida.

El funcionamiento de este motor es exactamente igual al de fase partida. La causa frecuente de dificultades son los condensadores defectuosos. Si el motor se arranca y se para muchas veces en un corto tiempo, es muy posible que entren en corto circuito los condensadores. Por lo tanto, este motor se utiliza en aplicaciones domésticas e industriales en las que hay pocos arranques en cortos periodos.

El sentido de rotación se invierte, intercambiando los terminales del devanado de arranque. También funcionan para dos régimen de voltaje 110V y 220V.

Existe otra clase de motor que es el de arranque y marcho con condensador, el cual no tiene interruptor centrífugo, por lo tanto, el condensador siempre estará conectado y así el factor de potencia es del 100%.

Propiedades:

- Buena regulación de velocidad.

- Par de arranque muy fuerte igual a 3 0 4 veces al par de marcha.

- Intensidad de arranque menor que el de fase partida.

- Factor de potencia igual a 1,0.

- No están hechos para arranques y paradas frecuentes.

- Se fabrican desde 1/3 hp hasta 5 hp.

- La ventaja de los de arranque y marcha por condensador es que casi no requieren mantenimiento.

- Son los más populares donde no se usa la trifásica.29

Aplicación:

Bombas unidades de refrigeración, compresores de aire y sierras.

c) motor de capacitador de arranque y capacitador de marcha

Este motor es el que mejores características presenta entre los motores de tipo fraccionario.

El capacitor de arranque le permite desarrollar mejor par de arranque en el motor mientras que el capacitor de marcha permite mejorar funcionamiento.

En la figura 5.23 se observa la representación esquemática para este tipo de motor, como se puede apreciar el condensador de arranque es desconectado del motor por medio del interruptor centrífugo una vez que se alcanza una velocidad de aproximadamente 75% de la velocidad sincrónica. Este capacitor es de tipo electrolítico mientras que el capacitor de marcha es del tipo en aceite para corriente alterna y operación continua.

En la figura 5.24 puede observarse comportamiento de este motor comparando su velocidad con el par desarrollado.

d) motor de fase dividida permanente

A este motor también se le conoce como motor de capacitor dividido permanente, es una versión menos cara que la del motor de arranque por capacitor y marcha por capacitor.

En este caso el capacitor sirve para proporcionar el arranque del motor y a la vez para su funcionamiento con carga. Debido a que ambos devanados deben permanecer conectados, en este motor no se requiere de un interruptor centrífugo. Otra característica de este motor es que ambos devanados tienen el mismo calibre de conductor ya que la corriente del motor será compartida en ellos. Se recomienda utilizarlos cuando se requiere accionar cargas con mínimo par de arranque.

En las figuras 5.27 y 5.28 se pueden apreciar la representación esquemática de este motor así como su característica velocidad-par.

e) motor con polos sombreados o con espiras de sombra

El motor de polos sombreados es, en general, un motor pequeño de potencia fraccionaria que no es mayor de 1/10 hp, aunque se han producido motores hasta de ¼ hp. La gran ventaja de este motor estriba en su extrema simplicidad:

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