LOS MOTORES MONOFÁSICOS DE CORRIENTEALTERNA

INTRODUCCIÓN

Cuando están en operación, este tipo de motores de inducción desarrollan un campo magnético rotatorio, pero antes de que el rotor inicie la rotación, el estator produce solo un campo estacionario pulsante. Para producir un campo rotatorio y, por lo tanto, un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar defesado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se remueve del circuito. Estos motores han sido perfeccionados a través de los años, a partir del tipo original de repulsión, en varios tipos mejorados que en la actualidad se conocen como:

Motores de fase partida.Motores de arranque con capacitor.Motores con capacitor permanente.Motores de inducción-repulsión. Motores de polos sombreados. Motores universales.

Motor de Fase Partida

Como la potencia comercial que ordinariamente llega a los hogares en c-a monofásica, debe contarse con algún medio, ya sea en el circuito eléctrico del hogar o en el motor, para obtener dos fases provenientes de la potencia monofásica original, si se desea usar para poner en marcha y hacer que funcione un motor de c-a. El proceso de obtener dos fases en una se conoce como división de fase. Generalmente el medio para dividir c-a monofásica en dos fases se encuentra dentro del circuito del estator del motor de c-a. Una vez que se ha dividido apropiadamente la fase, se pueden usar las dos fases obtenidas para originar el campo magnético rotatorio.

Un medio para dividir la fase es un devanado auxiliar especial montado en el estator que se llama devanado de arranque, para diferenciarlo del devanado de funcionamiento real del estator. En la mayor parte de los motores de c-a de fase dividida, el devanado de arranque sirve solo para poner en marcha el motor. Tiene una alta resistencia y una baja reactancia inductiva, en tanto que el devanado de operación tiene baja resistencia inductiva y alta reactancia; los dos devanados tienen características eléctricas diferentes. Cuando se empieza a aplicar potencia, ambos devanados se energizan. Debido a sus diferentes reactancias inductivas, el devanado de operación tiene una corriente que está atrasada con respecto a la corriente del devanado de arranque, dando origen a una diferencia de fase entre una y otra. Idealmente, la diferencia de fase debería ser de 90° pero en los motores prácticos, es mucho menor. Sin embargo, los devanados producen campos defasados. Esto origina un campo magnético rotatorio en el estator, que aplica par al rotor, poniendo en marcha al motor.

Una vez que el motor ha alcanzado aproximadamente el 80% de su velocidad normal de funcionamiento, el rotor sigue las alteraciones del campo magnético originadas por el

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devanado de funcionamiento. Para reducir al mínimo las pérdidas de energía, el devanado de arranque se desconecta del circuito por medio de un mecanismo llamado interruptor centrifugo, debido a que funciona por la fuerza centrifuga originada por las revoluciones del rotor. La dirección de un campo rotatorio de fase dividida puede cambiarse, invirtiéndose las conexiones al devanado de arranque que, lo cual invierte la dirección inicial del desplazamiento de fase.

Estos fueron los primeros motores monofásicos usados en la industria y aún perduran. Se usan en máquinas, bombas, ventiladores, lavadoras y una gran cantidad de otras aplicaciones. Se fabrica en potencias de 1/30 Hp hasta 1/2Hp.

El motor de fase partida tiene dos grupos de devanados, el de trabajo y el de arranque. Ambas bobinas de conectan en paralelo y la tensión de la red se aplica a ambos.

Posee in interruptor que está conectado en seria con le devanado de arranque por lo que al abrirse se desconecta. Si el interruptor centrífugo se encuentra abierto en el momento del arranque la corriente del bobinado de trabajo se eleva debido a la falta de giro del motor.

Diagrama de un motor monofásico de fase partida.

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Motor con Capacitor de Arranque:

Cuando se describió el campo rotatorio de fase dividida, se hizo notar que la diferencia de fase entre los devanados de arranque y operación es mucho menor a 90 grados. El par de arranque que produce un motor con estator de fase dividida también es inferior al máximo que podría obtenerse con una diferencia de fase ideal de 90 grados.

Puede obtenerse un desplazamiento de fase más cercano a los 90 grados ideales si se utiliza un sistema de arranque por capacitor para originar un campo rotatorio en el estator. Este sistema es una modificación del sistema de fase dividida; un capacitor de arranque de alto valor se conecta en serie con el devanado de arranque del estator para obtener un desplazamiento de fase de aproximadamente 90 grados para la corriente de arranque. Como resultado, el par de arranque que resulta, aumenta considerablemente en relación con el sistema común de fase dividida.

El devanado de arranque del estator con arranque por capacitor suele tener una resistencia más baja y un número de vueltas mayor que el tipo común de fase dividida, de manera que es más eficiente. En algunos motores de capacitor, el devanado de arranque con capacitor queda conectado en el circuito aun después del arranque, para obtener un mejor funcionamiento del motor. Sin embargo, en la mayor parte de los motores comunes, el capacitor y el devanado de arranque se desconectan del circuito por medio de un interruptor centrífugo, como en el caso de un motor común de fase dividida. Un método sencillo para invertir la dirección de la rotación de un motor de capacitor es el mismo que se aplicó en el caso del motor de fase dividida; es decir, invertir, las conexiones a las puntas del devanado de arranque.

Son en los que la corriente que es liberada por el capacitor durante el arranque hace que el par de arranque de estos motores sea dos veces mayor que uno de fase partida sin capacitor. El par de arranque de un motor de fase partida con capacitor es producido por un campo magnético giratorio dentro del motor. Este campo relocaliza el devanado de arranque 90 grados eléctricos desfasados con respecto al bobinado de trabajo, lo que hace que la corriente en el devanado de arranque se adelante a la del devanado de trabajo.

Diagrama de motor monofásico con capacitor de arranque.

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Curva característica y diagrama de un motor monofásico con capacitor de arranque.

Motor de Capacitor:

Este tipo de motor tiene dos devanados permanentes que, en general, se arrollan con alambre de un mismo diámetro y el mismo numero de vuelta, es decir, los devanados son idénticos. En estos motores el devanado de trabajo y arranque tienen un capacitor en serie. Este método evita el uso del interruptor de arranque, pero el par es menor en el arranque y el trabajo.

Ya que trabaja en forma continua como motor de arranque por capacitor no se necesita interruptor centrifugo. Los motores de este tipo arrancan y trabajan en virtud de la descomposición de l fase de cuadratura que producen los dos devanados idénticos desplazados en tiempo y espacio. En consecuencia, no tiene el alto par de marcha normal que producen los motores ya sea de arranque por capacitor o de arranque por resistencia.

Significa, si después de arrancar no se eliminan el condensador y el arrollamiento auxiliar del motor de arranque de condensador, el factor de potencia y el funcionamiento pueden mejorarse.

Bajo el funcionamiento de este motor se encuentra una diferencia y a su vez diferencia con el motor de arranque con capacitor, el par de arranque debe sacrificarse porque la capacidad es, necesariamente, un compromiso entre los valores del mejor par de arranque y del mejor funcionamiento.

Principio de operación:

El capacitor que se usa se diseña para el servicio continuo y es del tipo de baño de aceite. El valor del capacitor se basa más en su característica de marcha óptima que en la de arranque. Al instante de arranque, la corriente en la rama capacitiva es muy baja. El resultado es que estos motores, a diferencia de los de arranque por capacitor, tienen par de arranque muy deficiente, de entre 50 a 100 por ciento del par nominal, dependiendo de la resistencia del rotor.

Este tipo de motor se presta al control de velocidad por variación del voltaje de suministro. Se usan diversos métodos para ajustar el voltaje aplicado al estator y producir el control

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deseado de velocidad, como transformadores con varias salidas, variaciones, potenciómetros y resistencias o reactores con varias salidas.

Debido a su funcionamiento uniforme y a la posibilidad de controlar la velocidad, las aplicaciones de este motor pueden ser ventiladores de toma y descarga en maquinas de oficina, unidades de calefacción o aire acondicionado.

Las partes que lo conforman son principalmente:

1. Rotor

2. Flecha

3. Capacitor 180&µf

4. Interruptor centrifugo

5. Devanado auxiliar

6. Devanado de trabajo 120v- 5A

7. Estator

8. Tapas laterales

9. Base

10. Terminales de conexión

11. Chumaceras

12. Entrehierro

13. Balero

Los motores con Capacitor Permanente son ideales para operar donde el encendido es realizado a través de reducción de velocidad (poleas, engranajes trasmisores, etc.), y encendidos directos en equipamientos que requieran mas fuerza. Un buen diseño electromecánico y una cuidadosa selección de materiales en su construcción, hicieron posible hacerlos livianos, compactos y de diseño moderno, proporcionando versatilidad en su diversificada gama de aplicaciones.

Curva característica torque-velocidad de un motor con capacitor permanente.

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MOTOR DE INDUCCION ARRANCADO POR REPULSION

El motor de inducción de arranque por repulsión se pone a funcionar igual que un motor de repulsión ordinario, pero cuando se aproxima a la velocidad normal de funcionamiento se convierte y funciona como un motor de inducción monofásico con rotor devanado. La conversión tiene lugar cuando un dispositivo especial que funciona centrífugamente y llamado conectador en corto, hace contacto con la carga interna del conmutador. El conector en corto es un anillo conductor que une los segmentos del conmutador, y así, desvía todo el flujo de corriente de las escobillas. En este punto, se origina un sistema ordinario de campo magnético rotatorio el rotor gira según esta acción.

(Los mecanismos de conexión en corto y de levantamiento de carbones del motor de inducción de arranque por repulsión son operados por fuerza centrifuga.)

Existen dos clases de motores de inducción de arranque por repulsión: el tipo de escobillas conectadas y el de escobillas desconectadas. En el tipo de escobillas conectadas, estas se mantienen en contacto con el conmutador aun después de que se ha activado el dispositivo de conexión en corto y el motor funciona como si fuera de inducción. En el tipo de escobillas desconectadas, un mecanismo en el motor levanta las escobillas del conmutador cuando se activa la conexión en corto circuito.

Diagrama de motor de Inducción-repulsión.

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Motores de Polos Sombreados.

Es un motor formado por una bobina única, cuyo flujo magnético se desplaza por un núcleo rectangular similar a un transformador.En el extremo opuesto, hay una perforación y dentro de ella se coloca un rotor de núcleo generalmente sólido, o similar al de los motores "jaula de ardilla".Las llamadas "Bobinas de sombra", son espiras de cobre que desvían los flujos magnéticos, haciendo que al interior de la perforación adopten un giro que produzca que el núcleo gire.Sin estas bobinas "de sombra", el núcleo permanecería inmóvil, porque el flujo seguiría una trayectoria perpendicular al interior de la perforación.Estos motores son síncronos respecto a la frecuencia de alimentación y no funcionan con corriente continua.

Su gama de potencia abarca desde 1/100 y 1/20 de HP.

Las ventajas: su simplicidad, robustez y bajo costo.

Este motor no necesita partes auxiliares como capacitores, escobillas y centrífugos.

Las desventajas: Bajo par de arranque, eficiencia baja menor del 35%, el factor de potencia pobre. Una explicación simple de su funcionamiento es que al recibir el campo magnético del estator se genera una tensión en la espira en corto circuito que reduce el campo en esa zona iniciando el giro.

Diagrama e ilustraciones del motor monofásico de polos sombreados.

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Motores Universales

Estos motores tienen bobinado el estator y el rotor, cuentan con colector y sus dos bobinas están en serie. Están construidos en forma similar a uno de corriente continua.

El colector y las escobillas actúan como un conmutador y mantienen al rotor girando mediante la acción de invertir los polos del campo respecto al de la armadura.

Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional de c-a, diseñados especialmente para usarse en potencia ya sea de c-c o de c-a. Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan en c-a o en c-c. En general, los motores universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de espiras de su armadura. Como resultado, los motores inferiores a 3/8 de caballo generalmente se construyen sin compensación. El costo de los motores universales no compensados es relativamente bajo por o que su aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros, por ejemplo aspiradoras, taladros de mano, licuadoras, etc.

Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente se trata del devanado compensador del motor de serie o un devanado de campo distribuido especialmente para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura.

Diagrama de un motor universal de c.a.

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