Motores Asincronicos y Maquinas de Corriente Continua

5/11/2018 Motores Asincronicos y Maquinas de Corriente Continua - slidepdf.com

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MOTORES ASÍNCRONOS

Y

MÁQUINAS DE CORRIENTE CONÍNUA



MOTORES ASINCRÓNICOS

1º CONFIGURACIÓN DEL MOTOR ASINCRÓNICO. DESCRIPCIONESGEOMÉTRICAS Y FÍSICAS.

Partes que componen el motor asíncrono.

El motor asíncrono esta compuesto de 2 grandes partes: una parte fija (estator,inductor) y otra parte móvil (rotor o inducido).

El estator está compuesto de un circuito magnético, un devanado o bobinado,una bornera o caja de bornes y una carcasa o bancada.

Abajo se presenta un motor asíncrono de rotor en cortocircuito 55kW, 1500 rpm,50 hz, protegido y soplado.

Figura 1

La bancada, tiene forma de cilindro hueco con tapas, se construye de hierro

fundido o hierro dulce, y está diseñada para fijar inmóvil en su interior las partes activascomo ser el circuito magnético del estator (2) y el devanado (20), los bujes queencasquillan (16 y 18) los rodamientos o cojinetes (12 y 17) y las tapas que loscontienen. Éstas últimas se pueden afirmar al cuerpo de la bancada mediante espárragosdispuestos axialmente; en algunos diseños económicos se pueden soldar una o ambastapas. Diferentes diseños hacen que los motores sean desprotegidos, protegidos contrasalpicaduras o sumergibles.

La ventilación y enfriamiento se consigue con ventiladores ajustados al eje yutilizando la tapa trasera ingresa el aire que circula por el interior del motor a través delos canales de refrigeración internos (ver figura 2), que pueden ser axiales (a y c),radiales (b) o axiales radiales (d). Externamente, en algunos diseños el aire circula por nervios que sobresalen de la bancada y finalmente es liberado al exterior. Este flujo deaire externo es dirigido por la forma de envoltura de la tapa trasera.



Figura 2

Otras partes de la bancada son:Las argollas (fig.1, 4) para levantar el motor (varía el número según el peso del

motor) que generalmente se disponen arriba, y cuyo eje puede tener la misma direcciónque el eje del rotor o puede estar a 90º.

Las patillas inferiores (14), para el ajuste del motor a los cimientos.La caja de bornes (13) aloja las conexiones de los devanados.

El rotor puede ser de dos tipos: devanado aislado o de jaula de ardilla. Seconstituyen de un circuito magnético (3), el devanado (aislado o fundido en forma de

jaula) aletas de ventilación (7) (en rotor de jaula están incluidas en el devanado), un ejeo árbol (15), y otros dispositivos acoplados al eje, como un ventilador centrífugo (11) yanillos deslizantes en caso de ser un rotor de devanado aislado.

2º MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE MOTORES.

En el estator y rotor

El material magnético utilizado en la construcción de las piezas magnéticas paramotores es el acero para transformadores en chapas de 0.5 mm de espesor aisladas de 1lado o de ambos lados con laca, de forma anular.

En este caso las placas se prensan fuera de la bancada y se mantienen justas por las grapas de apriete (5) y los anillos de presión (6) de la figura 1. Se coloca el devanadoy luego se coloca dentro de la bancada.

La razón por la cual se utilizan láminas es para reducir las corrientes parásitas,que se cierran en una sección de lámina de núcleo. Una ecuación para calcular las



pérdidas por corrientes parásitas es 11222 10....2,2 −= e B f W (W/Kg), la cual nos da elvalor de perdida en Watt por kilogramo de núcleo. F es frecuencia en Hz; B esinducción máxima en gauss (en alterna, se toma la amplitud) y e es el espesor en mm dela chapa.

Otro tipo de pérdidas son las perdidas por histéresis debida a la saturaciónmagnética del hierro. Steinmetz estudió diferentes tipos de material y surgió la siguientefórmula empírica:

86,1 10... −= f BW η donde W es la pérdida en Watt, y para obtener

la pérdida en todo el núcleo hay que multiplicar este por el peso en Kg. η es elcoeficiente de Steinmetz para cada material.

Figura 3

Las pérdidas totales para un tipo de material vienen graficadas mas abajo. Cadacurva corresponde a un espesor distinto de material. Para el desarrollo de motores yotras máquinas eléctricas, existen las curvas para cada tipo de material; en este caso eshierro al silicio 4%.



Detalles constructivos del estator

Existen tres formas fundamentales de ranuras:

Ranuras abiertas Ranurassemicerradas

Ranuras cerradas

El tipo de ranura tiene gran influencia sobre las características electromagnéticasde la maquina, pero no tiene ninguna importancia para la rigidez mecánica de las

bobinas que se colocan en ellas, porque el estator es fijo y las bobinas no estánexpuestas a ningún esfuerzo centrifugo.

3º TIPOS DE ROTORES

El rotor esta compuesto de dos partes fundamentales, núcleo de hierro y eldevanado.

Las necesidades magnéticas del rotor se satisfacen construyéndolo de aleacionesde hierro de 0,5 mm de espesor, aisladas con papel fino o con barniz aislante, al igualque en el estator. Las chapas que componen el núcleo del rotor se cortan y perforan conmaquinas de estampar en igual forma que en la preparación de las chapas de losestatores. Los motores de pocas revoluciones y gran potencia llevan además rotores concanales de ventilación en el núcleo activo del rotor. Hay canales axiales y radiales.

Rotores en cortocircuito

En la superficie se encuentran las ranuras. Las formas de las ranuras sedeterminan por el tipo de devanado que hay que aplicar en cada caso, siendo ranurasredondas, ovaladas o rectangulares.



Estas ranuras se llenan con barras de cobre o aluminio cuyos extremos van soldados aun anillo de sección relativamente elevada. Las ranuras no son paralelas al eje, si no quese les da forma inclinada, lo que disminuye las perturbaciones magnéticas.

Los armónicos en el espacio del flujo en el entrehierro producen el efecto demultiplicidad de polos alrededor de la circunferencia del entrehierro, cuyo número

depende del orden del armónico. Si las barras colocadas con inclinación abarcan un par de polos de un armónico, tal armónico no existirá en la corriente del motor, quedandoeliminado el efecto perjudicial que pudiera tener con respecto al par. Con unainclinación adecuada de las ranuras se puede conseguir un funcionamiento mássilencioso.

El conjunto del rotor se sujeta a un eje rígido. En las ranuras se colocan barras,las cuales se sueldan con soldadura amarilla a unos anillos en cada lado del rotor. Las

barras y los anillos acostumbran a ser de cobre o aluminio, pero se emplean también,con cierta frecuencia, otros materiales conductores para alcanzar determinadascondiciones de funcionamiento.

En el caso de motores con deslizamiento elevado y en algunos tipos de motores

destinados a frecuentes arranques, las barras, o los anillos terminales, o amboselementos, se construyen de latón o de bronce para obtener mayor resistencia o igualresistencia con mayor masa. Esto último es conveniente desde el punto de vista de ladisipación de calor.

Tipos especiales de rotores jaula de ardilla.

- Rotores de barras profundas.

Para conseguir como características del motor par de arranque normal y bajacorriente de arranque se acostumbra a emplear en el rotor unas barras relativamenteestrechas y profundas que dan lugar a la reactancia algo más elevada, pero

principalmente un aumento de la resistencia efectiva en el momento de arranque.Debido a que en el momento de arranque la frecuencia en las barras es igual a la

primaria, el efecto superficial o pelicular aumenta la resistencia efectiva a la corrientealterna; esta resistencia disminuye a la frecuencia normal del rotor. De esta forma puedeconseguirse un elevado par de arranque, o una menor corriente de arranque, sin un valor excesivo de deslizamiento a plena carga.

En algunos casos puede conseguirse un par de arranque elevado y baja corriente dearranque mediante rotores de barras profundas, pero en general, para estos motores seusan motores de doble jaula.

- Rotores de doble o triple jaula.

Como su nombre lo indica el devanado del rotor consta de dos o tres circuitosconectados en cortocircuito y en paralelo por medio de los anillos frontales. El objetivode estos devanados es tener en el rotor conductores que sean alargados hacia el centrodel eje.

Se puede pensar en un devanado compuesto de 2 o 3 conductores redondoscolocados juntos en una o dos ranuras independientes, como también en un conductor rectangular, que es la aproximación de dos o tres conductores cilíndricos.

Los motores que llevan rotores de doble o triple jaula toman en el momento del

arranque una corriente que es de tres a cinco veces mayor que la corriente de marchanormal con o sin carga.



Puede obtenerse un elevado par de arranque, con una pequeña intensidadmediante una jaula interior de resistencia relativamente baja y elevada reactancia,colocada dentro de una jaula exterior de resistencia elevada. La corriente de frecuenciasimilar a la primaria, inducida en el rotor en el arranque, produce en la jaula interior unefecto pelicular o superficial y una reactancia suficientemente elevada para que la

mayor parte de la corriente de arranque circule por la jaula exterior. Al disminuir eldeslizamiento (y la frecuencia), ambas jaulas trabajan.

Rotores bobinados.

Los rotores bobinados se emplean cuando se desea regular la velocidad conreóstato. En tales casos las ranuras del rotor tienen formas similares a las del estator. Enestas ranuras se bobina el arrollamiento o se colocan bobinas preformadas (según eltamaño); los extremos se conectan a anillos rozantes montados sobre el eje para efectuar su conexión al exterior mediante escobillas.

A continuación se presenta diferentes aspectos constructivos de rotores devanados:

Ranuras semicerradas del rotor.

Ranuras con cuñas redondas

Ranuras con cuñas de cola de milano



4º BOBINADOS DE ESTATOR Y ROTOR

Bobinados de estator

El devanado de las maquinas trifásicas consiste de tres circuitos eléctricamente

independientes uno de otro. Cada fase tiene cierta cantidad de bobinas que se colocan yse conectan en forma tal que resulta un sistema de bobinas desplazadas entre sí a 120ºeléctricos de forma de conseguir un campo magnético rotativo.

El devanado que se debe elegir y aplicar al estator de una maquina depende desus dimensiones, de su potencia, de su destino, tipo de rotor y características eléctricas.

Componentes del arrollamiento y parámetros de los bobinados

Está constituida por unhilo conductor aisladosuperficialmente que está

enrollado un número previsto deveces (vueltas). Tiene un

principio (P) y un final (F), y sila corriente tiene el sentidomarcado en la figura por el ladoP, todos los hilos de un lado dela bobina tienen el mismosentido de corriente y el ladoopuesto tiene el sentido inverso.

Las bobinas se puedenconectar en serie, uniendo elfinal de una con el principio deotra, o en paralelo, uniendo principio con principio y final con final de cada una de las

bobinas.Los parámetros más comunes de los bobinados son el número de polos “2p”

donde “p” representaría los pares de polos. La velocidad n sincrónica, la frecuencia f y

el número de pares de polos dan la siguiente relación: p

f n ⋅= 60

Otro parámetro es el número de fases “m”, en el caso de arrollamientos trifásicosel número m=3. y el número de ranuras “N” donde se inserta el arrollamiento encuestión. Entre dos ranuras consecutivas existen dos parámetros conocidos: una son losgrados geométricos, que siempre son 360/N, porque las ranuras están distribuidasuniformemente; el otro dato es el número de grados eléctricos de una bobina con

respecto a otra, que es N

p⋅360 En las máquinas trifásicas los devanados están

separados unos de otros 120 grados eléctricos.Otros factores que componen el arrollamiento son el paso del devanado y el número deranuras por polo y fase. Una bobina que se aloja en una ranura arbitraria “1” y cuyo otrolado se aloje en la ranura “5” quiere decir que tiene un paso de 4, o también se denotacomo paso “y=1:5”. Para algunos arrollamientos el paso es constante para todos susdevanados y en otros no, por lo que surgen los siguientes conceptos:



- Paso diametralEs el paso que ocupa un diámetro, es decir, se obtiene dividiendo el nº deranuras N del motor por el número de polos 2p. Solo es utilizable para estatorescon número par de ranuras

- Paso Acortado

Son todos los pasos menores al diametral- Paso alargadoSon los mayores al diametral, por ejemplo, en un motor de N=30 ranuras y 2p=6

polos, el paso diametral sería igual a 5, o y=1:6, por lo que un devanado de pasoalargado sería y=1:7 o y=1:8

Numero de ranuras por polo (q): es el cociente pm N q 2= en el caso dearrollamientos trifásicos m=3

Clasificación de los arrollamientos:

Considerando el número de lados de bobinas que alberga cada ranura, losarrollamientos se dividen en:- a una capa- a dos capas- mixtosSi se toma en cuenta la disposición geométrica de las cabezas de bobinas fuera de

las ranuras se tiene:- cabezas de bobinas en dos planos- en tres planos- solapadasConsiderando el valor q de ranuras por polo y fase, los arrollamientos se llaman

- enteros (cuando q es un número entero)- fraccionarios (cuando q no es entero)

A una capa:El numero de bobinas de los

arrollamientos a una capa es igual a lamitad del número de ranuras de lamáquina. Según las bobinas quecomponen el arrollamiento pueden ser de paso constante, es decir todasiguales geométricamente y

usualmente están sus cabezassolapadas. Si son de paso variable,

pueden disponerse estas con suscabezas distribuidas en dos planos. (abajo)



Cuando las bobinas tienen paso variable, los grupos de bobinas del arrollamiento estándispuestas de forma concéntrica. Se pueden conseguir planes de arrollamientos dedistinta construcción pero equivalentes eléctricamente, como en este ejemplo:

En los arrollamientos se nota idéntico sentido de circulación de corriente en cada ranura.

A dos capas:En este tipo de arrollamiento cada ranura alberga dos lados de bobinas cada lado de una

bobina diferente. Comúnmente los arrollamientos se ejecutan de paso constante,colocándose las cabezas unas tras de otras. En caso de bobinas de paso variable, sesolapan las cabezas.En la forma en que avanza el arrollamiento, existen las siguientes características:Arrollamientos ondulados y arrollamientos imbricados.



Construcción del bobinado del estator:

Depende del tipo de devanado y del tipo de ranuras, las bobinas se puedencolocar en el hierro del estator enrollando las espiras directamente en las ranuras o

preparando bobinas en moldes para colocarlas luego listas y aisladas dentro de lasranuras.Los estatores con ranuras cerradas se pueden bobinar solamente a mano.En el caso de las ranuras semicerradas o abiertas las bobinas se pueden enrollar

directamente en las ranuras, o se pueden preparar aparte en moldes para luegocolocarlas en las ranuras.

Cuando las bobinas hechas en moldes se colocan en ranuras semicerradas, sedeben pasar por la abertura de la ranura alambre por alambre, ordenándose de modo queno se crucen los conductores dentro de las ranuras. En este caso los lados de las bobinasque entran en la ranura quedan sin aislamiento poniendo presspan o mailan entre loscabezales vecinos pertenecientes a diferentes fases, después de colocar todas las bobinas

en el estator.El estator o inductor se construye de láminas de acero al silicio, con

ranuras repartidas uniformemente alrededor de la periferia interior del motor.En los motores para potencias inferiores a 50 y 75 HP las ranuras son,

generalmente, semicerradas y se colocan bobinas construidas en moldes pasándolas por las estrechas aberturas de las ranuras, en la mejor forma posible. Con papel, o con unacombinación de tejido y papel, se forma un aislamiento entre la bobina y los cantos dela lámina del núcleo.

En los motores más grandes, las ranuras están completamente abiertas, teniendosus caras paralelas. En estas ranuras se colocan bobinas, ya formadas, de barrarectangular, con capas de aislamiento impregnadas de barniz y secadas, formando así undevanado del estator.

Los arrollamientos de los motores más pequeños se impregnan de barniz una vezcolocadas las bobinas y efectuadas las conexiones entre bobinas y grupos de fase. Elconjunto luego pasa a la etapa de secado.

Para los motores de clase B (par de arranque normal y baja corriente dearranque), se emplea aislamiento de vidrio en los conductores, empleándose tejido decristal u hojas de mica y cristal para aislar del núcleo el conjunto de los conductores deuna ranura. Las conexiones terminales se fijan con cinta de vidrio; los conductores vanaislados con amianto o vidrio.

5º TIPOS DE MOTORES DE INDUCCIÓN.El grado de protección IP es una condición importante para la elección del

equipamiento eléctrico, una vez concluida su definición técnica específica (Tensión,Potencia, Corriente).

El grado de protección define las condiciones de seguridad de funcionamiento enfunción de la agresividad del ambiente y la seguridad de las personas en cuanto a la

posibilidad de acceder a dicho equipamiento poniendo en riesgo su vida. La publicaciónIEC 60529 (2001-02) indica mediante el código IP los grados de protección

proporcionados por el envolvente del material eléctrico contra el acceso a partes peligrosas y contra la penetración de cuerpos sólidos extraños o agua.

El código IP está formado por 2 cifras características (ejemplo IP 55) y puedeser ampliado por medio de una letra adicional cuando la protección real de las personas



contra el acceso a las partes peligrosas sea superior a la indicada por la primera cifra(ejemplo: IP 20C).

El grado de resistencia mecánica IK dado en la norma IEC 60262 (2002-02)especifica el grado de resistencia del equipamiento o envolventes a los impactosmecánicos externos (ejemplo: IK 08 resistente a impactos de energía E = 5J).

De esto surge la siguiente tabla:1ª CIFRA CARACTERÍSTICA 2ª CIFRACARACTERÍSTICA

LETRAADICIONAL

Protección delmaterial contra la penetración decuerpos sólidos

extraños

Protección de las personas de las partes activas peligrosas

0

1

2

3

4

5

6

No protegido

Diám. >50mm

D. >12,5mm

D. >2,5mm

D. >1mm

Protegido contra polvoEstanco al polvo

No protegido

Dorso de la mano

DedoHerramientadiam.2,5mmHilo diam. 1mm

Hilo diam. 1mm

Hilo diam. 1mm

Protección del materialcontra la penetración de aguacon efectos nocivos0

1

2

3

4

5

6

7

8

No protegido

Gotas de agua verticales

Gotas 15º inclinación

Lluvia 60º inclinación

Proyección de agua

Proyección con lanza de agua

Proyección potente con lanza

Inmersión temporal

Inmersión prolongada

A

B

C

D

Dorso de lamanoDedo

Herram.diam.2,5mmHilo 1mm.

6º INSTALACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Las máquinas eléctricas deben ser instaladas en locales que permitan fácil acceso para inspección y mantenimiento, principalmente en lo referente a los cojinetes(relubricación) e inspección de las escobillas.

Si la atmósfera es húmeda, corrosiva o contiene partículas abrasivas, es importanteasegurar el correcto grado de protección.

En ninguna circunstancia los motores podrán ser cubiertos por cajas u otrascoberturas que puedan impedir o disminuir la libre circulación del aire de ventilación.

Las máquinas dotadas de ventilación externa deben quedarse, como mínimo, a 50mm de altura del piso a fin de dejar pasar el aire.

Las aberturas de entrada y salida de aire jamás deberán ser obstruidas o disminuidas por objetos, paredes, pilares, etc.

El ambiente en el local de la instalación deberá tener condiciones de renovar el airea orden de 20m³ por minuto para cada 100kW de potencia de la máquina.

FUNDACIONES.

Las fundaciones donde será colocado el motor deben ser planas y, si es posible,exentos de vibraciones.

Se recomienda, por este motivo, una fundación de concreto.

El tipo de fundación escogido dependerá de la naturaleza del suelo en el local demontaje, o de la resistencia de los pisos. En el dimensionamiento de las fundaciones delmotor debe ser considerado el hecho de que el motor puede, ocasionalmente, ser



sometido a un torque mayor que el torque nominal. Si este dimensionamiento no fuesecriteriosamente ejecutado podrá ocasionar serios problemas de vibración del conjuntofundaciones / motor y máquina accionada.

En la base de concreto deberá ser prevista una placa metálica para apoyodel perno de nivelación. Bloques de hierro o de acero, placas con superficies

planas y con dispositivos de anclaje, pueden ser fundidos en el concreto pararecibir y fijar los pies del motor.Es muy importante observar que todos los equipos de la estructura deberán ser

adecuados para transmitir las fuerzas y torques que ocurren durante la operación.

Tipos de bases.

Bases de concreto (o fijadas en el concreto):Las bases de concreto son las más utilizadas para acomodar estos motores.El tipo y tamaño de las fundaciones / resaltes y reentrancias, tornillos de anclar con

placas de anclar sueltas o fijas en el concreto dependen del tamaño y del tipo del motor.

Bases deslizantes:Cuando el motor es accionado por poleas, el motor debe ser montado sobre una

base deslizante (rieles) y las partes debajo de las correas deben estar tensionadas.El riel que queda mas cerca de la polea motora es colocado de forma que el tornillo

de posicionamiento quede entre el motor y la máquina accionada. El otro riel debe ser colocado con el tornillo en posición opuesta.

El motor es atornillado en los rieles y posicionado en la fundación.La polea motora es alineada de manera que quede en el mismo plano del centro de

la polea movida y los ejes del motor y de la máquina estén paralelos.La correa no debe estar muy tensa.Después de la alineación, los rieles son fijados.

Bases metálicas:La base deberá tener superficie plana contra los pies del motor de manera de evitar

deformaciones en la carcaza. La altura de la superficie de apoyo debe ser determinadade tal manera que debajo de los pies del motor puedan ser colocadas cuñas decompensación con un espesor total de dos milímetros.

Las máquinas no deben ser removidas de la base común para alinearlas; la basedebe ser nivelada en la propia fundación, usando nivel de burbuja (u otros instrumentosniveladores).

Cuando la base metálica es utilizada para ajustar la altura de la punta del eje delmotor con la punta del eje de la máquina, esta debe ser nivelada en la base de concreto.Después de haber sido nivelada la base, los tornillos soportes apretados y los

acoples verificados, la base metálica y los tornillos soportes son concretados.

Alineación

La máquina eléctrica debe estar perfectamente alineada con la máquina accionada,especialmente en los casos donde el acoplamiento es directo.

Una alineación incorrecta puede causar defectos en los rodamientos, vibraciones yhasta ruptura del eje.

Una manera de conseguir una alineación correcta es usando relojes comparadores,colocados uno en cada acople, uno apuntando radialmente y otro axialmente. Así es



posible verificar simultáneamente el desvío del paralelismo y el desvío deconcentricidad, al dar una vuelta completa a los ejes. Los mostradores no deben pasar lalectura de 0,05 mm. Si la persona que va a montar posee experiencia, este puedeconseguir una alineación apenas con un calibrador de ajustes y una regla de acero, desdeque los acoples estén perfectos y centrados.

Una medida en cuatro diferentes puntos de circunferencia no podrá presentar unadiferencia de lectura mayor que 0,03mm.

En la alineación / nivelación debemos llevar en consideración el efecto de latemperatura sobre el motor y la máquina accionada. Las diferentes dilataciones de lasmáquinas acopladas pueden significar una alteración en la alineación / nivelacióndurante el funcionamiento de la máquina.

Después de la alineación del conjunto y verificación de la perfecta alineación (tantoen frío como en caliente) se debe fijar el buje del motor.

Existen instrumentos que realizan la alineación utilizando rayos láser visible ycomputador propio con programas específicos que confieren alta confiabilidad y

precisión en la alineación de máquinas.

EquilibradoLas máquinas rotativas se equilibran según la norma ISO 8821:- media chaveta si el extremo del eje va marcado con H,- sin chaveta si el extremo del eje va marcado con N,- chaveta entera si el extremo del eje va marcado con F,debiendo equilibrarse de manera consecuente todos los elementos de acoplamiento(polea, manguito, Anillo etc.)

Motor con 2 extremos de eje:Si no se utiliza el segundo extremo del eje, para respetar la clase de equilibrado, es

preciso fijar sólidamente la chaveta o semichaveta en la ranura para que no seadespedida al girar equilibrados H ó F) y protegerlo contra los contactos directos.

7º FRENADO DE MOTORES DE INDUCCIÓN

Frenado eléctrico.

En numerosas aplicaciones, la parada del motor se lleva a cabo por simple

deceleración natural. En estos casos, el tiempo de deceleración depende exclusivamentede la inercia de la máquina accionada. Sin embargo, en muchas ocasiones es necesario



reducir este tiempo, y el frenado eléctrico constituye una solución eficaz y simple. Conrespecto al frenado mecánico o hidráulico, ofrece la ventaja de la regularidad y noutiliza ninguna pieza de desgaste.

- Frenado por contracorriente

Este método consiste en reconectar el motor a la red en sentido inverso después dehaberlo aislado y mientras sigue girando.

Es un método de frenado muy eficaz, pero debe detenerse con antelación suficiente para evitar que el motor comience a girar en sentido contrario.

Se utilizan varios dispositivos automáticos para controlar la parada en el momentoen que la velocidad se aproxima a cero:

• Detectores de parada de fricción• Detectores de parada centrífugos, dispositivos cronométricos, etc.

Frenado de contracorriente en los motores de jaula

Antes de adoptar este sistema, es imprescindible comprobar que el motor sea capazde soportar frenados por contracorriente. Además de las restricciones mecánicas, este

procedimiento impone ciertas limitaciones térmicas importantes al rotor, ya que laenergía correspondiente a cada frenado (energía de deslizamiento tomada de la red yenergía cinética) se disipa en la jaula.

En el momento del frenado, las puntas de corriente y de par son claramentesuperiores a las que se producen durante el arranque. Para obtener un frenado sin

brusquedad, suele insertarse una resistencia en serie con cada fase del estator durante elacoplamiento en contracorriente. A continuación, el par y la corriente se reducen como

en el caso del arranque estatórico.Los inconvenientes del frenado por contracorriente de los motores de jaula son tanimportantes que este método sólo se utiliza en ciertas aplicaciones con motores deescasa potencia.

Frenado de contracorriente en los motores de rotor bobinado

Para limitar la punta de corriente y de par, antes de acoplar el estator del motor acontracorriente, es obligatorio volver a insertar las resistencias rotóricas utilizadasdurante el arranque. También suele ser necesario añadir una sección adicionaldenominada de frenado.

El par de frenado puede regularse fácilmente mediante la elección de unaresistencia rotórica adecuada.La tensión rotórica en el momento de la inversión es casi doble a la del momento de

la parada, lo que puede obligar a tomar precauciones especiales de aislamiento.Al igual que sucede con los motores de jaula, el circuito rotórico produce una gran

cantidad de energía que, en gran medida, se disipa en las resistencias.Es posible controlar automáticamente la parada al alcanzar la velocidad nula por

medio de uno de los dispositivos mencionados anteriormente o mediante la acción de unrelé de tensión o de frecuencia insertado en el circuito rotórico. Este sistema permiteretener una carga arrastrante a velocidad moderada. La característica es muy inestable(fuertes variaciones de velocidad por débiles variaciones de par).



Frenado por inyección de Corriente Continua

Este modo de frenado se utiliza en motores de anillos y de jaula.Comparado con el sistema de contracorriente, el coste de la fuente de corriente

rectificada se ve compensado por el menor volumen de las resistencias. Con los

variadores y arrancadores electrónicos, esta posibilidad de frenado se ofrece sinsuplemento de precio.El proceso consiste en enviar corriente rectificada al estator previamente separado

de la red. Dicha corriente crea un flujo fijo en el espacio. Para que el valor del flujocorresponda a un frenado adecuado, la corriente debe ser aproximadamente 1,3 veces lacorriente nominal. Generalmente, el excedente de pérdidas térmicas causado por estaligera sobreintensidad se compensa por el tiempo de parada que sigue al frenado. Dadoque el valor de la corriente queda establecido por la única resistencia de los devanadosdel estator, la tensión de la fuente de corriente rectificada es débil. Dicha fuente sueleconstar de rectificadores o proceder de los variadores de frecuencia. Estos elementosdeben poder soportar las sobretensiones transitorias producidas por los devanados

recién desconectados de la red alterna por efecto de autoinducciónEl movimiento del rotor representa un deslizamiento con respecto a un campo fijo

del espacio (mientras que, en el sistema de contracorriente, el campo gira en sentidoinverso). El motor actúa como un generador síncrono que suministra corriente al rotor.Las características que se obtienen con un sistema de frenado por inyección de corrienterectificada son muy diferentes a las que resultan de un sistema de contracorriente:

- La energía disipada en las resistencias rotóricas o en la jaula es menor. Se trataúnicamente del equivalente a la energía mecánica comunicada por las masas enmovimiento. La única energía que procede de la red es la excitación del estator.

- Si la carga no es arrastrante, el motor no vuelve a arrancar en sentido contrario.- Si la carga es arrastrante, el sistema proporciona un frenado permanente que

retiene la carga a baja velocidad. La característica es mucho más estable que encontracorriente.

En el caso de los motores de anillos, las características de par/velocidad dependende la elección de las resistencias. En el caso de los motores de jaula, este sistema

permite regular fácilmente el par de frenado actuando sobre la corriente continua deexcitación.

Para evitar recalentamientos inútiles, es preciso prever un dispositivo que corte lacorriente del estator una vez concluido el frenado.

Frenado por funcionamiento de hipersíncronoEn este caso, el motor es accionado por su carga superando la velocidad de

sincronismo, se comporta como un generador asíncrono y desarrolla un par de frenado.La red recupera prácticamente toda la pérdida de energía.

En el caso de los motores de elevación, este tipo de funcionamiento provoca la bajada de la carga a la velocidad nominal. El par de frenado equilibra con precisión el par generado por la carga y proporciona una marcha a velocidad constante (no unadeceleración).

En el caso de los motores de anillos, es fundamental cortocircuitar la totalidad o parte de las resistencias rotóricas para evitar que el motor se accione a una velocidad

muy superior a la nominal, con los riesgos mecánicos que ello implicaría.



Este método ofrece todas las propiedades idóneas de un sistema de retención decarga arrastrante:

- La velocidad es estable y prácticamente independiente del par arrastrante.- La energía se recupera y se envía de nuevo a la red.Sin embargo, sólo corresponde a una velocidad: aproximadamente a la velocidad

nominal.Los motores de varias velocidades también emplean el frenado hipersíncronodurante el paso de alta a baja velocidad.

Otros sistemas de frenado

Todavía puede encontrarse el frenado monofásico, que consiste en alimentar elmotor por las dos fases de la red. En vacío, la velocidad es nula. Este funcionamiento vaacompañado de desequilibrios y pérdidas importantes.

8º CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN DE LOS MOTORES DE

INDUCCIÓN

Materiales aislantes empleados y propiedades necesarias

Las perdidas de energía eléctrica y mecánica en las maquinas eléctricas son debidasa una conversión de estas formas de energía en energía calorífica, a consecuencia de lacual se calientan las diversas partes de la maquina. Para un funcionamiento seguro elcalentamiento de cualquier parte de la maquina debe ser controlado dentro de ciertoslimites.

Lo más importante y difícil es asegurar el funcionamiento confiable del aislamiento

del devanado, ya que los materiales aislantes comienzan a deteriorarse a temperaturasrelativamente pequeñas. Por consiguiente la carga admisible en una maquina estadeterminada, por la temperatura máxima permisible de los materiales aislantesutilizados.

Los materiales aislantes utilizados en las maquinas eléctricas se clasifica, deacuerdo con sus propiedades resistentes al calor, en las clases A, B, BC, CD y C. Elaislante clase A incluye algodón, seda, papel y materiales análogos que sonimpregnados o sumergidos en un dieléctrico líquido, así como los materiales prácticosque contienen rellenos de material orgánico y las sustancias llamadas de esmalteutilizadas para la manufactura de hilo esmaltado. Los aislantes de clase B incluyen osmateriales de origen inorgánico tales como mica, vidrio, fibra de vidrio y láminas de

amianto; como aglutinantes se pueden emplear materiales aislantes de clase A con uncontenido total de material orgánico que no exceda del 50 % en peso.Los aislantes de clase BC incluyen materiales fabricados con mica, fibra de vidrio y

amianto con barnices de alta resistencia térmica; para aglutinantes se pueden admitir materiales de clase A, siempre que las propiedades eléctricas y mecánicas de tal aislante

bajo la acción de las temperaturas permisibles no estén sometidas a cambios que podrían hacer materiales aislantes inadecuados para servicio continuo. Los aislantes declase C incluyen mica, fibra de vidrio sin sustancias aglutinantes, o con resinas desilicona de gran estabilidad térmica, porcelana, vidrio y cerámicas de cuarzo. Tambiénencuentran aplicación otros materiales aislantes como los basados en dieléctricossintéticos, algunos de los cuales tienen excelentes propiedades mecánicas y térmicas.



Cada clase de aislamiento corresponde a un cierto limite de temperatura decalentamiento admisible e que el aislamiento se puede emplear en condiciones deseguridad durante un largo periodo de tiempo.

Además de sus propiedades resistentes al calor, los materiales aislantes tambiéndeben satisfacer otros numerosos requisitos, entre los cuales los más importantes son:

a) Alto poder dieléctrico, tanto a temperatura ambiente normal como atemperatura de trabajo de la maquina. b) Aptitud para soportar las tensiones mecánicas y los impactos, y así

mismo aptitud para conservar el grado de elasticidad necesario, propiedad que deben conservar incluso en largos periodos decalentamiento en servicio.

c) Perdidas dieléctricas lo menores posibles tanto en condiciones deaislamiento en frío como en caliente.

d) Alta resistencia especifica del material en condición caliente.e) Facilidad de su confección y aplicación.f) Bajo costo de material.

También puede influir adversamente un aumento excesivo de la temperatura en lascondiciones mecánicas de funcionamiento de una parte dada de maquinas. Así, por ejemplo, el conmutador puede perder sus dimensiones regulares, las juntas soldadasentre el devanado del inducido y el colector se pueden romper, los cojinetes se puedenfracturar, etc.

No hay que sacar la conclusión de que dichas dificultades solo pueden ser evitadasen maquinas en que el aumento de la temperatura sea bajo. Estas maquinas podríanconstruirse fácilmente si los materiales activos estuviesen sometidos a bajas cargaselectromagnéticas, es decir, si se hiciese un uso limitado de los materiales, peroentonces la maquina seria pesada y cara. Por consiguiente, la solución correcta de este

problema es construir una maquina en que se utilice extensamente sus materiales deconstrucción y que del rendimiento debido y tenga una vida de servicio losuficientemente larga.

Deberá tenerse en cuenta que, a igualdad de las otras condiciones, cuanto mayor seael aumento de temperatura, peor será la refrigeración y viceversa. Por consiguiente, el

problema del aumento de temperatura en una maquina es inseparable del problema desu refrigeración y, en particular, es un problema de ventilación.

Temperaturas límite y aumento de temperatura admisibleLa temperatura de una parte dada de maquina depende no solo de las perdidas que

tienen lugar en esa parte, sino también de la temperatura del medio de refrigeración

utilizado para refrigerar la maquina.A fin de asegurar la vida de servicio necesaria de una maquina, existen normas paramaquinas eléctricas que establecen una temperatura normalizada del medio derefrigeración y un limite permisible de aumento de temperatura.

Él limite admisible de aumento de temperatura se establece para devanados,materiales aislantes de clase A y B y para otras partes de la maquina generalmente noaisladas, dependiendo del método de medición de temperatura. Se empleangeneralmente los siguientes métodos:

• Termométricos es un metodo sencillo y da resultados suficientementeconfiables, pero no permite madir la temperatura de las partes interiores ymás calientes de la maquina.

• De resistencia se utiliza para medir la temperatura del devanado, perosolo da valores medios de temperatura.



• Detector de temperatura encastrado suelen ser pares termoeléctricos otermometros de resistencia. Se los inserta para ensayos en puntos en quees previsible la maxima temperatura. Este metodo da los resutados masexactos, pero es mas complicado que los otros.

Las maquinas eléctricas deben ser proyectadas y construidas de modo que su

aumento de temperatura con carga nominal este dentro de limites dados. Si en lascondiciones reales de funcionamiento la temperatura ambiente es mas alta que latemperatura ambiente normalizada, la carga soportada por la maquina dee ser disminuida en correpondencia. Pero esto no significa que en caso en que la temperaturaambiente sea inferior a la temperatura normalizada, la maquina pueda ser cargadapor encima de su potencia nominal.

A continuación se describen los distintos tipos de detectores utilizados.

Termoresistores (PT100).Son elementos cuya operación se basa en la caracteristica de variación de la

resistencia con la temperatura intrinseca a algunos materiales (generalmente platino,

niquel o cobre). Poseen resistencia calibrada que varia linealmente con la temperatura posibilitando un seguimiento continuo del proceso de calentamiento del motor por eldisplay del controlador, con alto grado de precisión y sensibilidad de respuesta. Suaplicación es amplia en los diveroso sectores de tecnicas de medicion y automatizaciónde temperatira en la industria. Generalmente, se aplica en instalaciones de granresponsabilidad como por ejemplo en regimen intermitente muy irregular. Un mismodetector puede servir para alarma y para desconexion.

Termistores (PTC Y NTC).Son detectores termicos compuestos de sensores semiconductores que varían su

resistencia para una determinada temperatura.PTC - Coeficiente de temperatura positivo.

NTC - Coeficiente de temperatura negativo.Los termistores tienen tamaño reducido, no sufren desgastes mecánicos y tienen

una respuesta más rapida en relación a los otros detectores, aunque no permitan unseguimiento continuo del proceso de calentamiento del motor.

Los termistores con sus respectivos circuitos eléctronicos de control ofrecen protección completa contra sobrecalentamiento producido por falta de fase, sobrecarga,sub o sobretensiones o frecuentes operaciones de inversión o conexión desconexión.Tienen un bajo costo, en relación al Pt-100, pero necesitan un relé para comando de laactuación de la alarma u operación.

TermostatosSon detectores termicos del tipo bimetalico con contactos de plata normalmente

cerrados que se abren cuando ocurre determinada elevación de temperatura. Cuando latemperatura del bimetalico baja, este vuelve a su forma original instantaneamente,

permitiendo el cierre de los contactos nuevamente.Los termostatos pueden ser destinados a sistemas de alarma, desconexión o ambos

(alarma y deconexión) de motores eléctricos trifásicos cuando sea solicitado por elcierre.

Son conectados en serie con la bobina del contacto. Dependiendo del grado deseguridad y de la especificación del cierre, pueden ser utilizados tres termostatos (uno

por fase) o seis termostatos (grupos de dos por fase).



Para operar en alarma y desconexión (dos termostatos por fase), los termostatos dealarma deben ser apropiados para actuación en la elevación de temperatura prevista delmotor, en cuanto que los termostatos de desconexión deberán actuar en la temperaturamaxima del material aislante.

Los termostatos también son utilizados en aplicaciones especiales de motores

monofásicos. En estas aplicaciones, el termostato puede ser conectado en serie con laalimentación del motor, siempre que la corriente del motor no sobrepase la maximacorriente admisible del termostato. En caso que esto ocurra, se conecta el termostato enserie con la bobina del contactor.

Los termostatos son instalados en las cabezas de bobinas de fase diferentes.

Protectores térmicosSon del tipo bimetalico con contactos normalmente cerrados. Utilizados

principalmente para protección contra sobrecalentamiento en motores de inducciónmonofásicos, provocados por sobrecarga, trabamiento del rotor, caídas de tensión, etc..Se aplican cuando son especificados por el cliente.

El protector termico consiste basicamente en un disco bimetalico que posee doscontactos moviles, una resistencia y un par de contactos fijos.

El protector se conecta en serie con la alimentación y, debido a la disipacióntermica causada por el pasaje de la corriente a traves de la resistencia interna de este,ocurre una deformacion del disco tal que los contactos se abren y la alimentación delmotor se interrumpe. Despues de alcanzar una temperatura inferior a la especificada, el

protector debe reconectar. En funcion de la reconexión, puede haber dos tipos de protectores:- Protector con reconexión automatica, en que el rearme se realiza automaticamente.- Protector con reonexión manual, en que el rearme se realiza a través de un dispositivomanual.

El protector térmico tiene aplicaciones en motores trifásicos aunque solo enmotores con conexión estrella.

TERMORESISTOR (Pt-100)

TERMISTOR (PTC y NTC)

TERMOSTATOPROTECTOR

TERMICO

Mecanismo deprotección

Resistencia calibrada Resistor de avalancha- Contactos moviles

- BimetalicosContactos moviles

Disposición Cabeza de bobina Cabeza de bobina- Insertado en el circuito

- Cabeza de bobina

Insertado en el

circuito

Forma de actuaciónComando externo de

actuación en la protección

Comando externo de

actuación en la

protección

- Actuación directa- Comando externo de

actuación de la

protección

Actuación directa

Limitación decorriente

Corriente de comandoCorriente de

comando

- Corriente del motor

- Corriente de comandoCorriente del motor

Tipo desensibilidad

Temperatura Temperatura Corriente y temperaturaCorriente y

temperatura

Cantidades deunidades por motor

3 o 6 3 o 63 o 6

1 o 31

Tipos de comandos Alarma y/o desconexión Alarma y/odesconexión

- Desconexión - Alarma y/o desconexión

Desconexión



Disipación de calor en las máquinas eléctricas

Las partes calientes de una maquina disipan su calor en el medio circundante por conducción, radiación y convección.

a) La disipación del calor por conducción es importante en las maquinas

eléctricas principalmente para transferir el calor en cuerpos sólidos,mientras en los gases y líquidos es importante la convección. b) Disipación térmica por radiación. Para un cuerpo negro ideal rige la ley

de Stefan-Boltzmann. Para un cuerpo negro no ideal el coeficientediminuye dependiendo el grado de disminución de la naturaleza de lasuperficie radiante. Por ejemplo, para superficies de hierro fundido o deacero, para aislamiento barnizado, etc., el grado de disminución es de 3 a10 %.

c) Disipación del calor por convección. Las partículas de líquidos o gasesadyacentes a un cuerpo caliente se calientan cada vez mas y ceden susitio a partículas mas frías que a su vez se calientan también mas

rápidamente. Este fenómeno es lo que se conoce por convección natural para distinguirlo de la convección artificial que esta originada por lacirculación artificial de un medio refrigerante, por ejemplo, por sopladode la superficie con aire desde un ventilador.En las maquinas eléctricas las condiciones para la disipación del calor

por emisividad y convección son diferentes para diversas superficies. Enlas maquinas modernas ventiladas el calor extraído por convecciónartificial prevalece sobre el calor extraído por emisividad en tal grado queeste suele ser despreciado.

d) Calor disipado desde superficies insufladas con aire. Aquí es necesariodistinguir dos casos: 1º) calor disipado desde una superficie abiertainsuflada con aire, y 2º) calor disipado desde una superficie cerradadisipada con aire. Ejemplo del primer caso es la refrigeración de lasuperficie exterior de un colector en una maquina de tipo abierto;ejemplo del segundo caso es la refrigeración de las superficies deconducto de las maquinas con ventilación interna. El aumento de ladisipación del calor en estas condiciones es debido prácticamente solo alaumento de convección. El estudio de este problema es difícil por lasamplias diferencias de construcción de las maquinas eléctricas y por lacomplejidad de los fenómenos aerodinámicos que tienen lugar en losconductos y espacios internos de una maquina. Por consiguiente, el

aumento de disipación del calor cuando son insufladas superficiesabiertas se toma en cuenta por medio de formulas empíricas.

CLASIFICACIÓN FUNDAMENTAL DE SERVICIO.

Según normas se definen tres clases de servicios para las maquinas eléctricas,dependiendo del carácter de la carga y de su duración.

- Continuo.Se clasifica una maquina de servicio continuo (máximo) si su periodo de

funcionamiento es tan largo que las temperaturas de todas las partes de la maquina

alcanzan prácticamente valores estacionarios en una temperatura ambiente invariable.En esta clasificación la maquina puede trabajar durante un periodo ilimitado, pero el



aumento de temperatura de sus partes no debe exceder los limites especificados por lasnormas.

- De tiempo corto.La clasificación de tiempo corto corresponde a la energía de salida con que una

maquina puede funcionar durante un cierto periodo de tiempo indicado en la placa decaracterísticas sin exceder los limites especificados de aumento de temperatura de lasdiversas partes. El periodo de funcionamiento de la maquina en este caso es tan cortoque el aumento de temperatura en la maquina, siendo invariable la temperaturaambiente, no alcanza un valor estacionario, y el periodo restante o de funcionamientosin carga es tan largo que la maquina vuelve prácticamente a enfriarse.

- De tiempo corto intermitente.La clasificación para servicio de tiempo corto intermitente se aplica a una condición

de funcionamiento durante la cual los periodos de trabajo de tiempo corto alternan conlos llamados periodos de pausa, es decir, con periodos cortos de tiempo de descanso o

sin carga.El ciclo de servicio intermitente se caracteriza por la duración relativa del periodo

en vacío o sin carga que (en porcentaje) esta indicado en la placa de características,siendo esta duración relativa la razón aritmética del tiempo de trabajo a la duración delciclo completo (periodo en vacío mas periodo de pausa)

Una maquina clasificada para servicio intermitente puede trabajar con arreglo a laduración relativa del periodo en vacío indicado en la placa de características para

periodo ilimitado sin exceder los limites de aumento de temperatura especificados por normas.

Aumento de temperatura de máquinas clasificadas para servicio continuo.

La mayoría de las maquinas eléctricas, a excepción de las de tracción, estándestinadas a servicio continuo. Hay que señalar también que el cálculo del aumento detemperatura para servicio continuo sirve de base para el cálculo del aumento detemperatura para servicio corto y de tiempo corto intermitente. De aquí que el cálculotérmico para servicio continuo sea el fundamental.

Las perdidas en las partes de la maquina son conocidas para los cálculos eléctricos.

La dirección de los flujos de calor y las cantidades de calor disipadas por las superficiesrefrigerantes pueden ser establecidas por los dibujos esquemáticos de las maquinas.También son calculadas las velocidades del aire y del medio de refrigeración para lassuperficies refrigeradas separadas. Así se determinan:

a) El decremento de temperatura en el aislamiento del devanado. b) El aumento de temperatura de la superficie refrigerada con respecto al

medio refrigerante.Además, cuando los gases y los líquidos se mueven en los conductos es necesario

tener en cuenta el aumento medio de temperatura del propio medio refrigerante.Dada la complejidad de los fenómenos aerodinámicos que tienen lugar en la

maquina, las velocidades del medio refrigerantes para las distintas superficies se pueden

determinar solo aproximadamente. Es difícil determinar con suficiente aproximación lasdirecciones y las magnitudes de los flujos térmicos separados en una maquina. Por



consiguiente, los cálculos térmicos dan resultados suficientemente exactos solo cuandoson obtenidos los datos experimentales necesarios.

Aumento de temperatura de máquinas clasificadas para servicio de tiempo corto.

Para determinar el aumento de temperatura de las diversas partes de una maquinadurante un servicio de tiempo corto, primero, siguiendo el método explicado en lasección anterior, se determina el aumento de temperatura para el caso en que la maquinafuncione en servicio continuo, y luego se determina las constantes de tiempo decalentamiento. Conocida la duración del servicio de tiempo corto, es posible obtener elaumento de temperatura alcanzado en este servicio.

La energía de salida de las maquinas clasificadas para servicio de tiempo corto puede ser mayor que la de las máquinas clasificadas para servicio continuo.

Aumento de temperatura de máquinas clasificadas para servicio intermitente de tiempocorto.

Cuando sea conveniente utilizar una maquina clasificada para servicio continuointermitente de poco tiempo su potencia de salida puede ser aumentada si lo permitenlas otras condiciones de funcionamiento de la máquina, por ejemplo, las deconmutación o capacidad de par motor en sobrecarga.

Ventilación de las máquinas eléctricas.

Según el método de refrigeración, se distinguen distintos tipos de maquinas.

- Máquinas con refrigeración natural No llevan dispositivos especiales de ventilación.Este método de refrigeración solo se emplea en pequeñas maquinas de potencia

fraccionaria hasta varios centenares de vatios, ya que las condiciones de refrigeraciónson relativamente favorables.

- Máquinas con auto ventilación internaLa refrigeración se alcanza por medio de dispositivos de ventilación u otros

especiales incorporados en la parte giratoria de la maquina.Según la dirección del flujo de aire en la maquina ventilada se distinguen:

• Ventilación inducida.

• Ventilación forzada.La ventilación inducida se utiliza mas frecuentemente, estando montado elventilador en el lado conducido. Una gran ventaja de este método de ventilación es queel aire entra frío en la maquina, mientras en las maquinas con ventilación forzada latemperatura del aire aumenta debido a las perdidas en el ventilador. Los datosexperimentales demuestran que el aumento de temperatura debido a las perdidas alcanzade 3 a 7 ºC; esto tiene por consecuencia que el volumen de aire forzado en la maquinadebe ser aumentado entre 15 a 20 %, aumentando así las perdidas por ventilación entre50 y 70 %. Según como pase la corriente de aire por encima de las partes calentadas dela maquina, se pueden distinguir dos sistemas fundamentales de ventilación:

• Radial.

• Axial.• Radial y axial



Algunas de las ventajas del sistema de ventilación radial son las mínimas perdidasde energía por ventilación y aumento de temperatura suficientemente uniforme de lamaquina en dirección axial. El inconveniente de este sistema de ventilación es que lamaquina tiene que ser menos compacta, ya que los conductos de ventilación ocupanhasta el 20 % de la longitud del inducido; la disipación de calor es menor que en otros

sistemas, en ciertos casos el sistema resulta inestable con respecto a la cantidad del flujode aire de refrigeración a través de la maquina. Se pierde estabilidad de la corriente deaire.

En la ventilación axial, si los conductos axiales están dispuestos solamente en la parte giratoria, el sistema se denomina axial simple, y si están dispuestos en ambas partes de la maquina, se denomina doble axial.

El inconveniente de la ventilación axial es que la transferencia de calor no esuniforme. También se emplean los sistemas combinados de ventilación radial y axial.Cálculos detallados e investigaciones demuestran que en maquinas de potencia pequeñay, parcialmente, de potencia media de salida se obtienen los mejores resultados con unsistema de ventilación axial; en maquinas de potencia media y grande el sistema radial

da mejores resultados.Las maquinas con auto ventilación externa se utilizan en casos en que el aire

contiene gases explosivos y en que las maquinas deben estar totalmente cerradas, esdecir, dispuestas de modo que el aire no pueda entrar en la maquina. En este caso todoel calor desarrollado en la maquina debe ser disipado en el medio circundante solodesde la superficie exterior de la armazón. En condiciones de ventilación natural lamaquina tiene que ser pesada y costosa, mientras empleando refrigeración forzada de lasuperficie exterior de la armazón se aumenta la potencia de salida de la maquina hastamultiplicar por 2 o 3.

La armazón es enfriada por refrigeración forzada mediante un ventilador colocadoel otro lado de los escudos de los extremos. Para aumentar la transferencia de calor desde la parte interior de la maquina hasta la superficie exterior, se hace que el aireinterior de la maquina circule por medio de un ventilador interior especial.

- Máquinas con auto ventilación independiente (ventilación exterior)Son maquinas en cuya superficie exterior es refrigerada por auto ventilación

mientras las partes activas de la maquina son inaccesibles al aire exterior; en estasmaquinas es aire de refrigeración es suministrado a la maquina por medio de unventilador independiente, es decir, uno dotado de su propia transmisión. Regulando lavelocidad del ventilador se puede intensificar la ventilación, según la carga, o bienaligerarla. Por ejemplo con carga parcial se disminuye la velocidad del ventilador. En

este caso las perdidas por ventilación se reducen considerablemente (aproximadamentede modo directamente proporcional al cubo de la velocidad), consiguiendo una gananciadel rendimiento total de la máxima.

- Maquinas con ventilación exterior (por líquidos o gases).Son maquinas a las que se les suministran medios líquidos o gases refrigerantes por

un dispositivo especial colocado fuera de la maquina, por ejemplo un ventilador o una bomba (ventilación de circuito abierto y de circuito cerrado); el sistema de ventilaciónde circuito abierto la maquina es refrigerada por toma de aire frío que pasa a través de lamaquina y es expelido a la atmósfera. Para evitar que se aglomere en la maquina el

polvo que contiene el aire, se puede montar un filtro de la toma de aire, pero debe ser

limpiado con frecuencia. Además de eso, el filtro aumenta la resistencia al flujo de airey requiere aumentar la potencia del ventilador.



En el sistema de ventilación de circuito cerrado pasa el mismo volumen de aire por un circuito cerrado, es decir, pasa a través de la maquina, se calienta, luego pasa por refrigeradores de aire, se enfría y vuelve a la maquina. Así el aire circula en un sistemacerrado.

9º CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Durante mucho tiempo, las posibilidades de regulación de la velocidad de losmotores asíncronos han sido muy escasas. En la mayoría de los casos, los motores de

jaula se utilizaban a su velocidad nominal. Los únicos motores que disponían de variasvelocidades fijas eran los de acoplamiento de polos y los de devanados separados, quetodavía se emplean de manera habitual.

Actualmente, los convertidores de frecuencia permiten controlar a velocidad

variable los motores de jaula. De este modo, pueden utilizarse en aplicaciones que, hastahace poco quedaban reservadas para los motores de corriente continua.

Velocidad sincrónica

La velocidad de sincronización de los motores asíncronos trifásicos es proporcionala la frecuencia de la corriente de alimentación e inversamente proporcional al númerode pares de polos que constituyen el estator.

La siguiente tabla contiene la velocidad de rotación del campo giratorio, ovelocidad de sincronización, correspondiente a las frecuencias industriales de 50 hz y 60hz y a la frecuencia de 100 hz, basándose en el número de polos.

50 HZ 60 HZ 100 HZ

2 3000 3600 6000

4 1500 1800 3000

6 1000 1200 2000

8 750 900 1500

10 600 720 1200

12 500 600 1000

16 375 450 750

NUMEROSDE POLOS

VELOCIDAD DE ROTACIÓN EN RPM

Estos datos no significan que sea posible aumentar la velocidad de un motor asíncrono alimentándolo a una frecuencia superior a la prevista aunque la tensión estéadaptada. Es conveniente comprobar si su diseño mecánico y eléctrico lo permiten.

Teniendo en cuenta el deslizamiento, las velocidades de rotación en carga de losmotores asíncronos son ligeramente inferiores a las velocidades de sincronización quefiguran en la tabla.

Motores de jaula

La velocidad de un motor de jaula, según se ha descrito anteriormente, depende dela frecuencia de la red de alimentación y del número de pares de polos. Por consiguiente, es posible obtener un motor de dos o varias velocidades mediante la



creación de combinaciones de bobinados en el estator que correspondan a distintosnúmeros de polos.

Motores de 2 velocidades

Este tipo de motores sólo permite relaciones de velocidad de 1 a 2 (4 y 8 polos, 6 y12 polos, etc.). Consta de seis bornes. Dependiendo de sus características, los motores pueden ser de potencia constante, par constante o par y potencia variables. Para una delas velocidades, la red se conecta a las tres bornes correspondientes. Para la segunda,dichas bornes están conectadas entre sí y la red se conecta a las otras tres. Normalmenteel arranque se realiza de manera directa, tanto a alta como a baja velocidad.

En ciertos casos, si las condiciones de uso lo requieren y el motor lo permite, eldispositivo de arranque pasa automáticamente a baja velocidad antes de activar la altavelocidad o antes de la parada.

Dependiendo de las corrientes absorbidas durante los acoplamientos a bajavelocidad o alta velocidad, uno o dos relés térmicos pueden encargarse de la protección.

Generalmente, el rendimiento de este tipo de motores es poco elevado y su factor de potencia, bastante débil. Cuando es necesario que varios motores de este tipo funcionende manera conjunta, se desaconseja su conexión en paralelo. De hecho, aunque losmotores sean de idéntica potencia y fabricación, se producen circulaciones de corrienteque los relés de protección no pueden asimilar correctamente.

Motores de 2 devanados

Estos motores, que constan de dos devanados estatóricos eléctricamenteindependientes, permiten obtener cualquier relación de dos velocidades. Dado que losdevanados de baja velocidad deben soportar las restricciones mecánicas y eléctricasderivadas del funcionamiento del motor a alta velocidad, sus características eléctricasdependen de ello. En ocasiones, un determinado motor funcionando a baja velocidad

puede absorber una corriente superior que cuando lo hace a alta velocidad.También es posible obtener motores de tres o cuatro velocidades mediante el

acoplamiento de los polos en uno de los devanados estatóricos o en ambos. Estasolución requiere que los bobinados dispongan de tomas adicionales.

Motores de anillos

- Regulación de velocidad por deslizamiento.

La conexión de una resistencia permanente a los bornes de un motor de anillosreduce su velocidad de manera proporcional al valor de la resistencia. Se trata de unasolución sencilla para alterar la velocidad.

Las resistencias “de deslizamiento” pueden cortocircuitarse en varias posiciones para obtener la regulación discontinua de la velocidad o la aceleración progresiva y elarranque completo del motor. Deben soportar la duración del funcionamiento,especialmente cuando su función consiste en hacer variar la velocidad. Por este motivo,su volumen al igual que su coste, puede ser considerable.

Este proceso es sumamente simple y se utiliza con frecuencia. No obstante,conlleva dos inconvenientes importantes:

• Durante la marcha a velocidad reducida, gran parte de la energía tomada dela red se disipa y se pierde en las resistencias.



• La velocidad que se obtiene no es independiente de la carga pero varía conel par resistente que aplica la máquina al eje del motor. Para unaresistencia dada, el deslizamiento es proporcional al par. Por ejemplo, la

bajada de velocidad que se obtiene mediante una resistencia puede ser del50% a plena carga y sólo del 25% a media carga, mientras que la

velocidad en vacío permanece prácticamente invariable. Si un operador vigila permanentemente la máquina, puede modificar bajo pedido elvalor de la resistencia para establecer la velocidad de una zonadeterminada. Esta práctica funciona en el caso de los pares relativamenteimportantes, pero la regulación resulta prácticamente imposible en elcaso de los pares débiles. De hecho, si se inserta una resistencia muyfuerte para obtener un punto “velocidad débil a par débil”, la menor variación del par resistente hace aumentar la velocidad de cero a cercadel 100%. Esta característica es muy inestable.

En el caso de las máquinas con variación particular del par resistente en función dela velocidad, el ajuste puede ser igualmente imposible.

Variadores de Frecuencia

Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos que permiten variar lavelocidad y el par de los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudesfijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Se utilizan estos equiposcuando las necesidades de la aplicación sean:

- Dominio de par y la velocidad- Regulación sin golpes mecánicos- Movimientos complejos- Mecánica delicada

- el motor Los variadores de frecuencia están preparados para trabajar con motores trifásicos

asincrónicos de rotor jaula. La tensión de alimentación del motor no podrá ser mayor que la tensión de red. A tensión y frecuencia de placa del motor se comporta de acuerdoal gráfico siguiente:



El dimensionamiento del motor debe ser tal que el par resistente de la carga nosupere el par nominal del motor, y que la diferencia entre una y otra provea el par acelerante y desacelerante suficiente para cumplir los tiempos de arranque y parada.

- el convertidor de frecuencia

Se denominan así a los variadores de frecuencia que rectifican la tensión alternade red (monofásica o trifásica),y por medio de seis transistores trabajando enmodulación de ancho de pulso (PWM) generan una corriente trifásica de frecuencia ytensión variable. Un transistor más, llamado de frenado, permite direccionar la energíaque devuelve el motor (durante el frenado regenerativo) hacia una resistencia exterior.A continuación se muestra un diagrama electrónico típico:

La estrategia de disparo de los transistores del ondulador es realizada por unmicroprocesador que, para lograr el máximo desempeño del motor dentro de todo elrango de velocidad, utiliza un algoritmo de control vectorial de flujo.

Este algoritmo por medio del conocimiento de los parámetros del motor y lasvariables de funcionamiento (tensión, corriente, frecuencia, etc.), realiza un control

preciso del flujo magnético en el motor manteniéndolo constante independientemente dela frecuencia de trabajo. Al ser el flujo constante, el par provisto por el motor también loserá.



En el gráfico se observa que desde 1Hz hasta los 50 Hz el par nominal del motor está disponible para uso permanente, el 170% del par nominal está disponible durante60 segundos y el 200% del par nominal está disponible durante 0,2 seg.

- Selección de un variador

Para definir el equipo más adecuado para resolver una aplicación de variación develocidad, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos :Tipo de carga: Par constante, par variable, potencia constante, cargas por impulsos.Tipo de motor: De inducción rotor jaula de ardilla o bobinado, corriente y potencianominal, factor de servicio, rango de voltaje.Rangos de funcionamiento: Velocidades máximas y mínimas. Verificar necesidad deventilación forzada del motor.Par en el arranque: Verificar que no supere los permitidos por el variador. Si supera el170% del par nominal es conveniente sobredimensionar al variador.Frenado regenerativo: Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos verticalesrequieren de resistencia de frenado exterior.

Condiciones ambientales: ambiente, humedad, altura, tipo de gabinete y ventilación.Aplicación mono o multimotor: Prever protección térmica individual para cada motor.La suma de las potencias de todos los motores será la nominal del variador.Consideraciones de la red: Microinterrupciones, fluctuaciones de tensión, armónicas,factor de potencia, corriente de línea disponible, transformadores de aislación.Consideraciones de la aplicación: Protección del motor por sobretemperatura y/osobrecarga, contactor de aislación, bypass, rearranque automático, control automáticode la velocidad.Aplicaciones especiales: Compatibilidad electromagnética, ruido audible del motor,

bombeo, ventiladores y sopladores, izaje, motores en paralelo, etc.

- Circuito recomendadoEl circuito para utilizar un variador debe constar con algunos de los siguientes

elementos:Interruptor automático: Su elección está determinada por las consideraciones vistasen el capítulo 1.

La corriente de línea corresponde a la corriente absorbida por el variador a la potencia nominal de utilización, en una red impedante que limite la corriente decortocircuito a:22kA para una tensión de alimentación de 400v-50Hz.65kA para una tensión de alimentación de 460v-60Hz.

Contactor de línea: Este elemento garantiza un seccionamiento automático del circuitoen caso de una emergencia o en paradas por fallas. Su uso junto con el interruptor automático garantiza la coordinación tipo 2 de la salida y facilita las tareas de puesta enmarcha ,explotación y mantenimiento. La selección es en función de la potencianominal y de la corriente nominal del motor en servicio S1 y categoría de empleo AC1

Inductancia de línea: Estas inductancias permiten garantizar una mejor proteccióncontra las sobretensiones de red, y reducir el índice de armónicos de corriente que

produce el variador, mejorando a la vez la distorsión de la tensión en el punto deconexión.

Esta reducción de armónicos determina una disminución del valor rms decorriente tomado de la fuente de alimentación, y una reducción del valor rms de



corriente tomado por los componentes de la etapa de entrada del inversor (rectificador,contactor de precarga, capacitores).La utilización de inductancias de línea está especialmente recomendada en lossiguientes casos:Red muy perturbada por otros receptores (parásitos, sobretensiones)

Red de alimentación con desequilibrio de tensión entre fases >1,8% de la tensiónnominal.Variador alimentado por una línea muy poco impedante (cerca de transformadores de

potencia superior a 10 veces el calibre del variador). La inductancia de línea mínimacorresponde a una corriente de cortocircuito Icc de 22000 AInstalación de un número elevado de convertidores de frecuencia en la misma línea.

Reducción de la sobrecarga de los condensadores de mejora del cosφ , si la instalaciónincluye una batería de compensación de factor de potencia. La selección es de acuerdo ala corriente nominal del variador y su frecuencia de conmutación. Existen inductanciasestándar para cada tipo de variador.Filtro de radio perturbaciones: estos filtros permiten limitar la propagación de los

parásitos que generan los variadores por conducción, y que podrían perturbar adeterminados receptores situados en las proximidades del aparato (radio, televisión,sistemas de audio, etc.).Estos filtros sólo pueden utilizarse en redes de tipo TN (Puesta al neutro)y TT (neutro atierra).Existen filtros estándar para cada tipo de variador. Algunos variadores los traenincorporados de origen.Resistencia de frenado: Su función es disipar la energía de frenado, permitiendo el usodel variador en los cuadrantes 2 y 4 del diagrama par-velocidad. De este modo se lograel máximo aprovechamiento del par del motor, durante el momento de frenado y se

conoce como frenado dinámico. Normalmente es un opcional ya que sólo es necesariaen aplicaciones donde se necesitan altos pares de frenado.La instalación de esta resistencia es muy sencilla: se debe ubicar fuera del gabinete para

permitir su correcta disipación, y el variador posee una bornera donde se conectadirectamente. De acuerdo al factor de marcha del motor se determina la potencia quedeberá disipar la resistencia. Existen tablas para realizar esta selección.El valor óhmico de la resistencia es característico del variador y no debe ser modificado.Cableado:-En los cables de control, utilizar cable trenzado y blindado para los circuitos deconsigna.-Debe haber una separación física entre los circuitos de potencia y los circuitos de

señales de bajo nivel.-La tierra debe ser de buena calidad y con conexiones de baja impedancia.-Cables con la menor longitud posible.-El variador debe estar lo más cerca posible del motor.-Cuidar que los cables de potencia estén lejos de cables de antenas de televisión, radio,televisión por cable o de redes informáticas.Gabinete: Metálico o al menos en una bandeja metálica conectada a la barra de tierra.En los manuales de uso de los variadores se hacen las recomendaciones en cuanto altamaño.Ventilación: Debe estar de acuerdo al calor disipado por el equipo a potencia nominal.Se proveen, como opcionales, ventiladores adicionales y kits de montaje de ventilaciónque garantizan una protección IP54 sin perder la posibilidad de una buena disipación.



Puesta a tierra: La tierra debe ser de buena calidad y con conexiones de bajaimpedancia. Se deberá realizar la conexión a tierra de todas las masas de la instalación,así como las carcazas de los motores eléctricos. El sistema de puesta a tierra deberátener una resistencia de un valor tal que asegure una tensión de contacto menor o igual a24V en forma permanente.

El variador de tensión.

Esta solución tiende a desaparecer como resultado de los avances conseguidos por los convertidores de frecuencia. El par que suministra un motor asíncrono es

proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación. El principio de funcionamientoconsiste en reducir el par resistente a la velocidad deseada. La modulación de tensión seobtiene mediante la variación del ángulo de encendido de dos tiristores montados enoposición en cada fase del motor. Este sistema de variadores de tensión se utiliza

principalmente para variar la velocidad de los pequeños ventiladores. Durante eldeslizamiento del motor, las pérdidas en el rotor son proporcionales al par resistente e

inversamente proporcionales a la velocidad. Por tanto, el motor debe tener capacidad para disipar estas pérdidas y no debe presentar puntos de inflexión que desestabilizaríanla velocidad. Normalmente, los pequeños motores de hasta 3 kw cumplen estascondiciones. Además, hace falta un motor de jaula resistente, motoventilado en caso deque trabaje a baja velocidad.

Es usual utilizar este variador como arrancador para las máquinas con paresresistentes débiles.

Otros sistemas electromecánicos

Los sistemas electromecánicos de regulación de velocidad se utilizan con menor frecuencia desde la generalización de los variadores de velocidad electrónicos. Se citana continuación a título informativo.

- Motores de corriente alterna con colector Se trata de motores especiales. La variación de velocidad se obtiene modificando la

posición de las escobillas del colector con respecto a la línea neutra.

- Ward-LeonardConsta de un motor de arranque y de un generador de corriente continua de

excitación variable. Alimenta motores de colector o de corriente continua. La excitación

se regula mediante un dispositivo electromecánico o un sistema estático electrónico.

10º MANTENIMIENTO

En un mantenimiento de motores eléctricos, adecuadamente aplicado, se debeinspeccionar periódicamente niveles de aislamiento, elevación de temperatura (bobinasy soportes), desgastes, lubricación de los rodamientos, vida útil de los soportes,examinar eventualmente el ventilador, en cuanto al correcto flujo de aire, niveles devibraciones, desgastes de escobas y anillas colectoras.

La omisión de alguno de los itens anteriores puede significar paradas no deseadasdel equipo. La frecuencia con que deben ser hechas las inspecciones, depende del tipo

del motor y de las condiciones locales de aplicación.



La carcaza debe ser mantenida limpia, sin acumulación de aceite o polvo en su parte externa para facilitar el intercambio de calor con el medio.

MANTENIMIENTO PERIÓDICOInspección tras la puesta en marcha

Al cabo de unas 50 horas de funcionamiento, comprobar el apriete de lostornillos de fijación del motor y del elemento de acoplamiento; y en caso de transmisión por cadena o por correa, controlar el buen ajuste de la tensión.Limpieza

Para un buen funcionamiento, eliminar el polvo y las partículas extrañas que puedan taponar las aberturas de aireación de la caperuza y las aletas de la carcasa.Precauciones a adoptar: asegurarse de la estanqueidad, caja de bornas...) antes deemprender cualquier operación de limpieza. Es preferible una limpieza en seco(aspiración o aire comprimido) a una limpieza en húmedo.Vaciado de los condensados

Las diferencias de temperatura provocan la formación de condensados en el

interior del motor que deben ser eliminados antes de que puedan ser perjudiciales parael buen funcionamiento del motor. Los agujeros de evacuación de condensados situadosen los puntos bajos de los motores, teniendo en cuenta la posición de funcionamiento,están obturados por tapones que deben retirarse y recolocarse cada seis meses (si no serecolocan, no podrá mantenerse el grado de protección del motor). Limpiar los orificiosy los tapones antes del reensamblaje.

Nota: En el caso de fuerte humedad y de fuertes diferencias de temperatura,recomendamos un período más corto. Cuando esto no suponga ningún riesgo que puedaafectar a la protección del motor, pueden retirarse los tapones de vaciado de loscondensados.Engrase- Tipo de grasaCuando los rodamientos no lleven lubricación permanente, el tipo de grasa está indicadoen la placa de características.

Mantenimiento de los palieres

Verificación de los rodamientosDesde el momento en que detecte en el motor :

- un ruido o vibraciones anómalas,- un calentamiento anómalo al nivel del rodamiento a pesar de estar correctamente

engrasado, es preciso proceder a una verificación del estado de los rodamientos.Los rodamientos deteriorados deben sustituirse a la mayor brevedad posible paraimpedir que se produzcan daños más importantes a nivel de motor y de elementosaccionados. Cuando sea preciso sustituir un rodamiento, se ha de sustituir también elotro rodamiento. Las juntas de estanqueidad deben cambiarse sistemáticamentecuando se proceda a cambiar los rodamientos. El rodamiento libre debe asegurar ladilatación del eje del rotor (asegurarse de su identificación durante el desmontaje).

Puesta a punto de los palieresPalieres con rodamientos sin engrasador

Desmontar el motor (véase Apdo 6.1); eliminar la grasa usada y limpiar con

desengrasante los rodamientos y accesorios. Colocar la grasa nueva: el grado de llenadodel rodamiento con grasa nueva es del 50% del volumen libre.



Palieres con rodamientos con engrasador:Comenzar siempre limpiando la grasa usada del canal de engrase En el caso

de utilizar una grasa distinta de la indicada en la placa, desmontar el motor y limpiar losrodamientos y accesorios con un desengrasante (limpiar bien los canales de llegada y desalida de grasa) para eliminar la grasa antigua antes de engrasar de nuevo.

Para asegurar un engrase correcto, rellenar los volúmenes libres interiores de lascaperuzas, palieres y canales con grasa y un 30% del volumen libre de los rodamientos.A continuación, hacer girar el motor para distribuir la grasa.Atención:Una cantidad de grasa excesivamente elevada provoca un calentamiento exagerado delrodamiento (estadísticamente, el número de rodamientos deteriorados por un exceso degrasa es superior al de rodamientos deteriorados por falta de engrase).Nota importante :La grasa nueva debe ser de fabricación reciente y no debe contener ninguna impureza(polvo, agua o de otro tipo).

Motores de anillosConservación de las escobillas y de los anillos

En motores con rotor de anillos, verificar todos los meses el estado del colector.Los anillos deben estar limpios, no contener grasa, estar lisos y no presentar rugosidadalguna. En caso de suciedad del colector, limpiarlo con un paño impregnado degasolina.Asegurarse de que las escobillas:- se deslizan libremente dentro de su guía- se apoyan uniformemente sobre los anillos- no presentan desgaste hasta el shuntSi el desgaste es excesivamente importante, sustituirlas por escobillas nuevas de númeroy calidad idénticos a los de origen, debiendo estar bruñida la superficie portante.Para tal fin:- desbastar la curvatura antes de introducir las escobillas en los portaescobillas- continuar con ayuda de una lija fina arrollada sobre los anillos- terminar con papel de vidrio muy fino en el sentido de giro normalDespués del rodaje, asegurarse de que no quedan granos abrasivos sobre la superficie delas escobillas y proceder a una limpieza minuciosa.Por otro lado se recomienda encarecidamente aplicar frecuentemente aire comprimido alinterior de la máquina con ayuda de una manguera de aire comprimido seco paraevacuar el polvo de carbón de los palieres, portaescobillas, colector, bornas del colector

y bobinados.Los aislantes deben secarse con un paño limpio.Motor en rotación: asegurarse de que no se producen chispas bajo las escobillas.

MANTENIMIENTO CORRECTIVO

-abrir la caja de bornas, identificar los conductores y su posición-desconectar los conductores de alimentación,- desacoplar el motor de la máquina accionadaPara extraer los elementos montados en el extremo del eje del motor es obligatorioemplear un extractor.



Desmontaje del motorConsultar las instrucciones detalladas para la gama de motor en cuestión. Se recomiendaidentificar los palieres respecto al estátor y el sentido del ventilador en el rotor.Comprobaciones antes de montar de nuevo el motor

Estátor :- debe desempolvarse el estátor: si resulta necesaria una limpieza del bobinado, ellíquido empleado debe ser adecuado: dieléctrico e inerte sobre los aislantes y las

pinturas,- verificar el aislamiento, y si es necesario, proceder a un secado en estufa,-limpiar a fondo los encastres, eliminar todas las huellas de golpes en las caras de apoyosi es preciso.Rotor :- limpiar y verificar las superficies de apoyo de rodamiento; en caso de deterioro,repasar las superficies de apoyo o cambiar el rotor.- verificar el buen estado de las secciones roscadas, de las chavetas y sus chaveteros.

Tapas, rodamientos:- limpiar las huellas de suciedad (grasa usada, polvo aglomerado),- limpiar los alojamientos del rodamiento y el encastre,- si es necesario aplicar barniz antiflash en el interior de los palieres,- limpiar con sumo cuidado las tapas de los rodamientos y los engrasadores.Montaje de los rodamientos en el ejeEsta operación es primordial, ya que la menor huella de una bola sobre las pistas derodadura provocaría ruido y vibraciones.Lubricar ligeramente las superficies de apoyo del eje.El montaje puede realizarse correctamente de diferentes maneras:- en frío: el calado a presión se ha de realizar sin golpes con un aparato atornillable (por consiguiente, queda prohibido el martillo; el esfuerzo de calado a presión no debe pasar

por el camino de rodadura, y, por consiguiente hay que apoyarse sobre la jaula interior (asegurarse de no apoyarse sobre la tapa de estanqueidad para los rodamientosestancos).- en caliente: calentamiento del rodamiento de 80 a 100C : en estufa de secado, en unhorno o sobre una placa calefactora. (El calentamiento con un soplete está prohibido entodos los casos así como el calentamiento con un baño de aceite).Después de desmontar y reensamblar un rodamiento, llenar con grasa todas lasseparaciones de las juntas y cierres, para impedir la penetración de polvo y la apariciónde óxido en las piezas mecanizadas.

Montaje del motorAsegurarse de que se vuelve a colocar el estátor en su posición original tanto para elcentraje de los paquetes de chapa (en general con la caja de bornas hacia adelante) como

para la posición de los orificios de evacuación de agua, si éstos están situados en lacarcasa.Apriete de los espárragos del motorEl apriete se ha de realizar en diagonal y al par indicado.Montaje de la caja de bornasVolver a conectar todos los conductores de alimentación siguiendo el esquema oidentificaciones realizadas antes del desmontaje.Para lograr una buena estanqueidad de la caja: asegurarse de que se reaprietan los

prensaestopas de la caja y del (de los) cable (s) y asegurarse de que la junta está



correctamente colocada antes del cierre. Para las cajas de bornas equipadas con uncollarín y/o de una placa soporte del prensaestopas, asegurarse de que la colocación escorrecta antes del cierre. Asegurarse de que los componentes de la caja de bornas están

bien apretados.Nota : Se recomienda realizar un ensayo en vacío del motor

- Si es necesario, pintar de nuevo el motor.- Colocar el elemento de transmisión en el extremo del motor e instalar de nuevo elmotor sobre la máquina que se desea accionar.

Mientras no se realice la puesta en servicio, los motores deben guardarse:- Protegidos de la humedad: efectivamente, para grados de humedad superiores al 90%,el aislamiento de la máquina puede caer muy rápidamente pasando a ser prácticamentecero a un valor aproximado del 100%; vigilar el estado de la protección antioxidante delas partes no pintadas.Para un almacenaje de muy larga duración, es posible colocar el motor en unaenvolvente precintada (por ejemplo con plástico termosoldable) con bolsitas

deshidratantes en su interior:- protegido contra variaciones importantes y frecuentes de la temperatura para impedir toda condensación mientras dura el almacenaje.- en el caso de vibraciones en el entorno, esforzarse por disminuir el efecto de estasvibraciones colocando el motor sobre un soporte amortiguador (placa de caucho o deotro material semejante) y girar el rotor una fracción de vuelta cada 15 días para evitar que resulten marcadas las pistas de los rodamientos.- no eliminar el dispositivo de bloqueo del rotor (en el caso de los rodamientos derodillos)Aun cuando el almacenaje se haya efectuado en buenas condiciones, antes de la puestaen marcha se requieren algunas verificaciones:EngraseRodamientos no reengrasablesAlmacenaje máximo: 3 años. Una vez transcurrido este período, sustuír los rodamientosRodamientos reengrasables

Verificación del aislamientoEsta verificación es indispensable si el motor se ha almacenado durante más de 6 meseso si ha permanecido en una atmósfera húmeda.Esta medición se realiza con un megóhmetro a 500 voltios c.c. (no utilizar un sistema demagneto).

Es preferible efectuar un primer ensayo a 30 ó 50 voltios y si el aislamiento es superior a 1 megaohmio efectuar una segunda medición a 500 voltios durante 60 segundos.



El valor de aislamiento debe ser de como mínimo 10 megaohmios en frío.En el caso de que no se alcance este valor o, de una manera más sistemática, si el motor ha podido sufrir aspersiones de agua, salpicaduras de olas, o una estancia prolongada enun lugar de alta humedad o se ha recubierto de condensación, se recomiendadeshidratar el estátor durante 24 horas en una estufa de secado a una temperatura de 110

a 120ºC.Si no es posible tratar el motor en una estufa de secado:- alimentar el motor, con el rotor bloqueado, con tensión alterna trifásica reducida aaprox. 10% de la tensión nominal, durante 12 horas (utilizar un regulador de induccióno un transformador reductor de tomas intermedias regulables).- o alimentarlo con corriente continua, con las 3 fases en serie, debiendo ser el valor dela tensión de 1 a 2% de la tensión nominal (utilizar un generador de corriente continuade excitación independiente o baterías para motores de menos de 22 kW).- NOTA: Es conveniente comprobar la corriente alterna con la pinza amperimétrica.Se recomienda colocar un termómetro sobre la carcasa del motor: si la temperaturarebasa los 70ºC, reducir las tensiones o intensidades indicadas en un 5% del valor

original por cada 10º de desviación. Durante el secado, todas las aberturas del motor deben estar despejadas (caja de bornas, agujeros de purga).



MAQUINAS DE CORRIENTE CONTÍNUA

ESTRUCTURA DE LA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

Descripción general.

La máquina de corriente continua consta de la parte externa en reposo, llamada estator,y del inducido giratorio en su interior, el cual contiene un colector.El estator consta de un armazón o carcaza, así como los polos principales y auxiliares ode conmutación fijados a él. Los polos principales dirigen el flujo magnético al inducido(alternándose en torno a este según sus polaridades) y llevan el devanado de excitación.La culata es la parte del armazón que establece el retorno magnético. Intercalados conlos polos principales van montados los auxiliares, por cuyos arrollamientos pasa lacorriente de Inducido. El flujo magnético producido en el armazón por la excitación delos polos principales es constante en el tiempo, si no hay variaciones de la excitación.Por este motivo, en máquinas de tipo pequeño y mediano el armazón se pude construir de manera maciza. Casi todas las máquinas grandes y las medianas de tipo especial, enlas que la amortiguación de las variaciones del flujo ha de mantenerse lo más reducida

posible, llevan armazón de chapa laminada, al igual que los polos auxiliares. Esto esdebido a que para variaciones rápidas de la corriente de inducido, las variaciones delflujo de los polos auxiliares resultantes de ello deben seguir sin retardo a la corriente deinducido.Aunque el flujo de los polos principales es constante en el tiempo, con independencia delas medidas de regulación, al girar el inducido como consecuencia de su ranurado se

producen fluctuaciones locales rápidas de la densidad del flujo en la superficie del poloenfrentado a él. Dado que estas fluctuaciones no penetran en la profundidad del polo,

sería suficiente con laminar únicamente una fina capa. Ahora bien, por motivos defabricación, por lo general se construye todo el polo de chapas, que en grandesmáquinas llevan entre ellas el correspondiente aislamiento.La curva de campo de la máquina, es decir, la distribución del flujo magnético debajode la base de los polos principales, se distorsiona debido a la influencia del inducidoconductor de corriente (reacción de inducido). A fin de eliminar en lo posible estadeformación del campo, se incluye ya a partir de una potencia media un devanado decompensación distribuido entre las ranuras de los polos principales.Las conexiones de maniobra entre el devanado de polos auxiliares y de compensación yel inducido no se modifican en servicio como generador y motor en marcha a izquierdasy derechas. Sólo se abren ocasionalmente en caso de reparaciones y se colocan

nuevamente en la posición primitiva.En el espacio que queda entre los polos gira el inducido. Este consta del eje, del paquetede chapas provisto exteriormente de ranuras y del colector conectado eléctricamente aél. A menudo el inducido lleva uno o varios ventiladores para la impulsión del aire derefrigeración de la máquina.Dado que el inducido está sometido a una magnetizaci6n alternativa dentro del campo,ha de estar constituido por chapas apiladas, es decir, construido a partir de chapasaisladas.El colector está formado por delgas de cobre apiladas en todo su perímetro y aisladosentre sí. Este tiene la misión, junto a. las escobillas que frotan sobre él, de rectificar latensión alterna inducida en el devanado de inducido en su movimiento rotórico y aplicar de tal modo la corriente del mismo que bajo el punto de vista del estator la distribuciónde corriente sea independiente de la posición variable del rotor. Por consiguiente, debajo



de los polos principales de la misma polaridad circulan en cada caso corrientes deconductor de igual sentido. La corriente es aplicada al colector por escobillas de carbóno grafito, montadas sobre los llamados portaescobillas y cuya presión puede ajustarseexactamente. Los portaescobillas se apoyan sobre pletinas o bulones conductores, que asu vez van fijados al anillo con aislamiento entre sí. Los bulones portaescobillas de

igual polaridad van unidos eléctricamente entre sí. Los extremos de devanadonecesarios para el conexionado de la máquina se llevan a bornes accesibles desde elexterior. Por lo general éstos van dentro de cajas de bornes.

Excepto que en la máquinas más pequeñas, entre los polos principales están puestos polos salientes más pequeños, dichos polos de conmutación o polo auxiliares, dotadosde devanados, la función de los cuales estará aclarada a continuación.En las máquinas más grandes los zapatos polares de los polos principales están dotadosde ranuras longitudinales que alojan los conductores de los devanados decompensación.

ESTATOR Y SU DEVANADO

El estator consta del armazón, polos principales y polos auxiliares con suscorrespondientes devanados, y en las máquinas que existe peligro de deformación delcampo, se complementan con un devanado de compensación que se ubica en ranurashechas sobre la cara polar de la zapata.

El armazón, cuya sección está determinada por el flujo magnético, es por lo general deacero laminado, que posee buenas características magnéticas y presenta una contexturauniforme.Las patas de la carcasa de acero plano se sueldan al armazón mediante nervios de chapa.En casos especiales, por ejemplo, en motores de tracción o de laminación y en máquinas

para la construcción naval, el armazón es de construcción semipartida para facilitar eldesmontado del inducido o, en grandes máquinas, para hacer factible su transporte.Como se mencionó anteriormente, la culata es la parte del armazón que sirve comoretorno magnético del flujo que va y vuelve de los polos.

El núcleo del polo principal está construido generalmente con chapas laminadas de 1 ó.1,5 mm de espesor remachadas entre sí. Se le atornilla al armazón sobre suplementos definas chapas distanciadotas. Por intercalación o eliminación de chapas puede variarse elentrehierro entre el polo y el inducido.

En sus extremos, los núcleos de los polos principales se extienden sobre la superficiedel rotor para distribuir más uniformemente el flujo magnético sobre este. Estosextremos reciben el nombre de zapatas polares.En máquinas compensadas la zapata polar lleva ranuras para el alojamiento deldevanado de compensación.En torno a cada núcleo polar están puestas bobinas entre ellas idénticas que globalmenteconstituyen el devanado inductor (o devanado de excitación); estas están conectadas enmodo que, cuando están recorridas por la corriente de excitación, las f.m.m. de dos

polos consecutivos tengan módulos iguales y dirección opuestas (uno centrífugo y elotro centrípeto).La conexión más sencilla presenta las bobinas de dos polos consecutivos conectadas en

anti serie. Esto se aprecia en la imagen, en la cual aparecen los polos principales de unestator de 4 polos.



Las bobinas van alojadas sobrenúcleo, arrolladas alrededor deun armazón de materialaislante e impregnadas con

barniz eléctrico para mejorar sus características aislantes yanti-hidroscópicas.Los polos de motores detracción y motores auxiliaresde trenes de laminación de altasolicitación mecánica y térmicallevan a menudo bobinasaisladas con cintas de fibra devidrio y mica fina,impregnadas en resina sintética

antitérmica. Estas bobinas seadosan a los núcleos polares rellenando los huecos con resina sintética.Mediante esta construcción queda garantizada una buena disipación del calor y unaseguridad contra la suciedad, así como una alta resistencia contra las vibraciones.En grandes máquinas la bobina principal se subdivide en varias bobinas de disco, entreles que se montan piezas separadoras. De esta forma se aumentan las superficies y seestablecen canales de aire, con lo cual se mejora la refrigeración.En máquinas especiales, el polo principal puede estar constituido por un imán

permanente con un devanado únicamente para el premagnetizado tras el montaje delinducido. En tales casos, no se precisa corriente alguna de excitación durante el servicioy, por consiguiente, no se produce ninguna pérdida de excitación.Las máquinas con tales polos de imán permanente se pueden construir en dimensionesmuy reducidas, puesto que el inducido puede aprovecharse mucho más que en las otras.El material utilizado para el núcleo de este tipo de polos suele ser de acero magnético Al

Ni Co (material de magnetismo permanente).

En las máquinas que tienen bobinados de exitaciónserie y paralelo, encontraremos estos dosarrollamientos sobre el polo principal. Esto se apreciaen la siguiente imagen, donde el campo serie y el

paralelo, tienen los números 2 y 7 respectivamente.También se puede apreciar el polo principal (1), elauxiliar (3) y su devanado (5), además de la culata(6)-

Los núcleos de los polos auxiliares de pequeñasmáquinas pueden ser de acero macizo.En máquinas con fuertes y rápidas variaciones de corriente y de mayor potencia seconstruyen a base de chapa.Las caras polares de los polos auxiliares pueden tener forma de zapata, recta oachaflanada.

En los polos auxiliares que no llevan zapata; las bobinas se fijan aquí mediante flejes oangulares antimagnéticos.



Los devanados de los polos auxiliares se bobinan en forma autoportante. Mediantezunchado, embebido y calentado obtienen una alta resistencia mecánica. Sobre unsuplemento de poliéster, micarta o amianto se les coloca sobre los núcleos polares, ycon bridas aisladas de acero se les fija radialmente a las zapatas polares y al armazón.En casos especiales, unas chavetas se encargan de un cierto prensado, para garantizar un

asentamiento sólido de las bobinas ante eventuales oscilaciones del aislamiento,vibraciones del fundamento o utilización de las máquinas en vehículos.

El devanado de polos auxiliares recorrido por la corriente de inducido es de alambre perfilado grueso o de cobre plano. Con frecuencia la bobina enrollada al desnudo vafijada sobre el núcleo polar auxiliar aislado −sobre suplementos de piezas separadoras−, por medio de travesaños o cintas en el núcleo polar; con ello se logra una mayor superficie, es decir, una mejor refrigeración.

La siguiente imagen representa una máquina de cc de 4 polos con polos auxiliares:

A = polo de conmutación B = devanado de conmutación C = bobina de inductor D = núcleo polar E = zapata polar F = conductores de inducido G = carcasa H = colector de laminas I = escobilla y porta escobilla L = conductores de compensación

En esta imagen se observa el estator de una máquina de cc con sus polos

principales, los auxiliares y el

bobinado de compensación.



INDUCIDO Y SU DEVANADO

El rotor está siempre realizado en hierro laminado, porque en el, lainducción magnética es alternada en el tiempo. Se utilizan chapas de0.5 mm de espesor, aisladas entre ellas por barniz.

Está dotado de ranuras longitudinales, normalmente de tipo abierto,que alojan los conductores de inducido.

En máquinas pequeñas y medianas (hasta una potencia de unos 200kW), las chapas de inducido guiadas por 7 una chaveta se apilandirectamente sobre el eje, sujetándolas axialmente por medio de dosanillos de presión.El paquete de chapas del inducido para elevado número de

revoluciones o para servicio ferroviario, de choque o de inversión se cala en calientesobre el eje reforzado, para garantizar una unión segura con el eje; En inducidosmayores entre el paquete de chapas y el eje se encuentra el llamado cuerpo de inducido,

de fundición o de acero laminado.

Para la transmisión del par de giro entre el paquete de chapas y el cuerpo de inducidonormalmente se prevén chavetas. Las máquinas de alta solicitación como, por ejemplo,motores pesados de laminación, llevan unos chaveteros muy bien ajustados yasegurados.En estos casos, el paquete de chapa está subdividido axialmente en paquetesindividuales de 50 u 80 mm de anchura, mediante ranuras de un ancho de 10 mm; estasseparaciones se mantienen abiertas por medio de piezas separadoras fijadas a las chapas.Estas actúan al mismo tiempo como ventiladores radiales e impulsan el aire deventilación hacia la carcasa, absorbiendo éste a través de orificios axiales del paquete dechapas.

El devanado de inducido consta de bobinas construidas a máquina, perfectamenteaisladas e impregnadas. El devanado de pequeñas máquinas está constituido por bobinasde alambre de cobre. Las grandes, generalmente, llevan un devanado de barras. Lasranuras se cierran, sobre las bobinas con cuñas trapezoidales de madera o cartón, o biencon fibra o tela de vidrio duro. Las cabezas de bobina que sobresalen del paquete dechapa se aseguran por medio de zunchados, con tela de fibra de vidrio, paracontrarrestar las fuerzas centrífugas que puedan producirse. En grandes máquinas seutilizan alambres de acero antimagnético o de bronce. Últimamente, además de los



zunchados metálicos se utilizan bandajes de fibra de vidrio con resinas sintéticas, que seaplican en frío bajo tensado previo, y luego en el horno se les endurece, constituyendoun cuerpo único endurecido perfectamente aislado. Se debe prestar especial atención aque el devanado rotativo vaya fijado de forma segura, tanto axial comotangencialmente, con buen aislamiento al soporte del devanado, ya que al menor

desplazamiento de las piezas que constituyen el devanado originan desequilibrios perturbadores en la máquina.Las máquinas con devanados de lazo llevan conexiones de equilibrado para evitar lascorrientes de compensación, que podrían originar una sobrecarga indeseable de lasescobillas y una elevación del calentamiento. Estas conexiones suelen aplicarse por logeneral en el lado del colector.

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS DE LOS DEVANADOS DE INDUCIDO

Las consideraciones que siguen se refieren a los devanados de dos estratos, es decir,

que están constituidos por conductores situados en la ranura formando dos capas, locual, junto con otras razones, es necesario para obtener una estructura simple y práctica.

Vamos a examinar una bobina y definir los distintos elementos que la constituyen

La bobina propiamente dicha está constituida por dos costados de bobina que seencuentran, como se observa en la figura, uno en el estrato superior y el otro en elestrato inferior a una distancia de aproximadamente un paso polar.

Llamamos elemento a cada una de las puntas que se conectan a una delga, pudiéndoseademás observar que en este caso cada ranura consta de dos elementos (que pertenecena distintas bobinas); llamamos MM el número de elementos por ranura que en este casoes igual a 2.

En el ejemplo que estamos considerando cada elemento está constituído por unconductor, es decir, que el número de conductores por elemento que lo llamamos NS esigual a 1.



En la figura de la izquierda se observa en cambio una bobina que difiere de la anterior en que el número de conductores por elemento es NS=2. El número de secciones por ranura MM (que debe ser par) puede ser mayor que 2.

En la figura a la derecha se observa una bobina que tiene MM=4 y NS=1.

Es importante destacar que también NS puede ser igual a 2 o cualquier otro valor perose debe tener en cuenta que cuanto más grande es el valor de NS mayor resulta lainductancia de la bobina y en consecuencia aumenta la tensión que se induce en elladurante la conmutación.

El número de delgas ZZ , de secciones por ranura MM y de ranuras del inducido QQ está vinculado por la relación:

(QQ x MM) = ZZ = Q

Si definimos ranura elemental como la parte de la ranura que contiene cada parte desección una sobre otra, y Q como el número total de ranuras elementales entoncestenemos que Q coincide con el número de secciones totales del devanado (QQ x MM), ytambién es igual al número de delgas ZZ.

También MM = Q / QQ, y el número de conductores activos N =2 x NS x Q.

Los tipos de devanados utilizados son dos:

Devanado imbricado

Devanado ondulado

Combinados

Vamos ahora a analizar como se genera cada uno de estos devanados.



Devanado imbricado

Este tipo de devanado se forma conectando en serie las secciones contiguas del

arrollamiento, una tras otra.

La figura indica las distintas secciones que intervienen en la descripción del devanado yque son:

· Y1: paso anterior de la bobina

· Y2: paso posterior de conexión

· Y: paso de bobina

· YC: paso del colector en delgas

Estos devanados imbricados deben satisfacer lassiguientes relaciones geométricas para que losmismos sean realizables.

Se acostumbra numerar los secciones de bobina de cada capa deforma tal que a la capa o estrato superior corresponda losnúmeros impares y a la inferior los pares.

Los pasos Y1, Y2 que deben ser enteros se miden en secciones,y además deben ser impares para poder pasar de un elemento delestrato superior a otro elemento del estrato inferior (devanado adoble capa).

Es importante destacar que el paso Y1 es el que define las dimensiones geométricas dela bobina mientras que el paso Y2 simplemente indica como se deben conectar entre si

las bobinas.

Los signos ± indican respectivamente si se trata de un devanado progresivo o regresivo.

El término B es un número entero arbitrario cualquiera que puede ser cero y que estárelacionado con el acortamiento, nótese que, el valor más bajo de B que satisface lascondiciones enunciadas implica el mínimo acortamiento.

La anchura de la sección, o paso anterior se define como:

Y1<= Q / 2p (en ranuras elementales Q).



Con esta anchura de sección, próxima a τ (paso polar) la amplitud de la fem inducida enesta es máxima.

Como se observa en la figura, este devanado se logra conectando en serie (en las delgas)el lado inferior derecho de una sección, con el lado superior izquierdo de la secciónsiguiente, desplazada una ranura elemental Q.

En casos de secciones simétricas (en las que cada lado de la sección está debajo del poloopuesto a la otra), las escobillas deben situarse frente a los centros de los polos, a ladistancia

Y esc = ZZ / 2P (en delgas)

Como se ve en la figura anterior, el devanado imbricado simple (Y = 1) se divide conrespecto a las escobillas en 2a = 2p derivaciones paralelas, cuyo número es igual al de

polos de la máquina.

En los devanados imbricados combinados el paso Y es igual a 2 o hasta 3. Estedevanado es la suma de M = Y devanados imbricados simples acoplados a un colector,y se denominan devanados de M pasos.

El número de derivaciones paralelas en este tipo de devanados es 2a = 2pM

Conexiones equipotenciales

Por causas constructivas practicamente inevitables, se producen asimetrías (por ejemploentrehierro no uniforme, mal contacto entre polo y carcasa, etc.), que hacen que en los

devanados imbricados las f.e.m.s. inducidas en los conductores situados bajo un polo no



sean idénticas a las inducidas bajo el próximo polo de la misma polaridad (distanciadoen 360 grados eléctricos).

Debido a ello circularán corrientes (provocadas por esta diferencia de f.e.m.s.) que producen pérdidas adicionales y que cerrándose a través de las escobillas y del colector

dificultan la conmutación.

El efecto final es que se produce una desuniforme repartición de la corriente entre lasdistintas filas o barrales de escobillas causa de empeoramiento de la conmutación.

Para eliminar este grave inconveniente se disponen en el inducido un cierto número deconductores de cobre que se denominan conexiones equipotenciales, las cuales unen los

puntos del devanado que deberán estar al mismo potencial.

Las eventuales corrientes de desequilibrio que circulan por estas conexiones sonalternas, debido a que no están afectadas por el efecto rectificador del colector.

Estas conexiones se pueden realizar tanto del lado colector como del extremo opuesto.

Por la forma práctica como se las realiza se las denominan anillos equipotenciales.

El número máximo de anillos posibles es igual a 2´ ZZ/NPOL, quedando a criterio del proyectista en base a su experiencia adoptar el número de anillos a utilizar.

Frecuentemente se adopta la mitad del número posible y la sección del conductor utilizado es del orden del 50 a 25 % de la sección de un conductor del inducido,

utilizándose secciones menores cuanto mayor es el número de anillos.Devanado ondulado

En estos devanados la anchura de la sección se elige también, algo menor que el paso polar, entonces Y1= Q / 2p en ranuras elementales Q.

El devanado ondulado simple se forma conectando en serie, las secciones desplazadasuna respecto a la otra aproximadamente dos pasos polares. El paso resultante deldevanado Y = Q / p en ranuras elementales.

Estos devanados deben satisfacer las siguientes relaciones geométricas para que seanrealizables:

Y = (Q +- 1) / p

Y2 = Y – Y1

YN = (Y1 - 1)/MM

YC = (Y1 + Y2)/2 = (2 x ZZ ± 2)/NPOL

La figura a la derecha indica los secciones que intervienen debiendo ser los pasos Y1,Y2 enteros e impares, (como para el devanado imbricado).



Al paso de la bobina medido enranuras, no en secciones, se lodenomina YN, y puede no ser entero.

Este paso se obtiene dividiendoel número de ranuras por elnúmero de polos y en caso de noser entero se elige el valor enteromás próximo, pudiéndose enconsecuencia calcular el pasoanterior Y1 correspondiente.

En estos devanados puede

ocurrir que por simples razones numéricas no todas las bobinas disponibles (sussecciones o puntas) puedan conectarse al colector, quedando por ejemplo una de ellasexcluida de las conexiones (no formando parte del circuito) denominada bobina muertay que no tiene más finalidad que rellenar el espacio disponible en las ranuras.

Veamos como ejemplo el caso de una máquina que tiene 4 polos y un número desecciones por ranura MM=4.

De la expresión ya vista YC = (2 ´ ZZ ± 2)/NPOL se deduce que 2 x YC siempre resulta par, en consecuencia el número de delgas ZZ es impar.

Como además el número de ranuras totales del inducido es igual a QQ = ZZ/2, en estecaso no resulta entero y por lo tanto no es el devanado realizable.

Para resolver este inconveniente se quita una delga y se deja una bobina sin conectar, eldevanado ahora cierra.

Con respecto a las escobillas, el devanado ondulado simple, se divide en 2a = 2 derivaciones paralelas. Por cada una de las derivaciones paralelas circula la corriente

I inducido/2 .



Como en el caso de los devanados imbricados compuestos también los hay onduladoscompuestos de m pasos, los cuales representan el conjunto de m devanados ondulados

simples. El paso resultante del devanado ondulado de m pasos es Y = (Q +- m ) /p.

El numero de derivaciones paralelas de un devanado ondulado compuesto de m pasos es2 a = 2 m.

Devanados Combinados.

Un devanado combinado es el conjunto de los devanados imbricado y onduladocompuestos, montados en las mismas ranuras y conectados a un colector común.

La sección de este devanado se forma de las secciones colocadas juntas de losarrollamientos ondulados e imbricado de igual anchura y compuestos por igual cantidadde espiras.

Como cada uno de los devanados que conforman el devanado ondulado, se componende 2 capas, este se compone de 4.

Ambos devanados deben tener el mismo numero de derivaciones paralelas, así que:

2a’ = 2pm’ = 2m’’ = 2a’’

Este devanado debe además cumplir las siguientes condiciones:



Y1’ = Y1’’ = Q / 2p ; Y2’ = Y2’’ ; Y’ + Y’’= Q / p

Siendo los parámetros con (’) los pertenecientes al devanado imbricado y los (’’) alondulado.

Selección del devanado

Veamos algunas características de los devanados examinados que sirven como criteriode selección de uno u otro tipo.

Devanado ondulado:

· La corriente encuentra siempre dos vías AA independientemente del número de polos

que tenga la máquina, es decir, por cada conductor circula la mitad de la corriente.

· La f.e.m. de la máquina es la correspondiente a la mitad de los conductores totales NTdel inducido.

· Las líneas de escobillas necesarias en el colector son solamente dos, pudiéndose noobstante colocar tantos como polos tenga la máquina según indica la figura .

Devanado imbricado:

· El número de vías 2a de la corriente es igual al número de polos, es decir, por cadaconductor circula una corriente igual a la corriente total dividida por el número de

polos.



· La f.e.m. de la máquina es la correspondiente al número de conductores totales NTdividida por el número de polos

COLECTOR Y ESCOBILLAS

El colector es la parte característica de las máquinas en continua que permite deconvertir las tensiones y las corrientes alternadas de los conductores de inducido en lascorrientes y tensiones continuas presente en los bornes de potencia de la máquina. Estáconstituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal,llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica oresina de vidrio desde 0,5 hasta 1,5 mm y conectadas a las bobinas del devanado deinducido, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina. Las

laminas están también conectadas a los dos bornes de potencia de la máquina a través delas escobillas fijadas respecto al estator.De acuerdo con la aplicación, se diferencian cinco tipos básicos de construcción decolectores:Colector de cola de milano simple.Colector de cola de milano doble.Colector suspendido o de membrana.Colector cónico.Colector de material prensado.

El cuerpo anular del colector de cola de milano, tras un prensado radial cuidadoso, se le tornea en forma de cola demilano (ver figura) por ambos extremos y se le sujeta con unanillo aislante de la forma correspondiente.

En colectores largos de alta velocidad periférica, a veces esnecesario emplear un colector de cola de milano dobledebido a la muy alta solicitación.

El colector suspendido o de membrana se utiliza enmáquinas de muy altas revoluciones, por ejemplo, enturbogeneradores o máquinas de vaivén. El cuerpo anular,

que es sostenido radialmente con anillos de contracción, va fijado en el lado deldevanado a un anillo soporte prensado al eje, mientras que el otro lado es guiado por undisco elástico (membrana) apoyado sobre el eje. Este permite una dilatación axial delcolector, y reduce con ello la solicitación por efectos mecánicos y térmicos. Este tipo deconstrucción es efectivamente cara, pero satisface cualquier exigencia especial enrelación con la resistencia.

El colector cónico surgió con motivo de la exigencia de un diámetro grande del eje y undiámetro pequeño del colector para velocidad periférica máxima. El cuerpo anular tieneen ambos extremos un orificio cónico. Se le soporta en sentido radial mediante anillosde contracción, en el lado del devanado se apoya en el eje cónico y se retiene con un

anillo cónico.



El colector de material prensado posee un cuerpo soporte de conglomerado de resinasintética, en el que se funde el cuerpo formado por las delgas. Los suplementos

previstos en el canto interior de las delgas de cobre aseguran la unión con el material prensado. Un casquillo de acero incrustado ofrece una transmisión directa de todo elcolector con el eje. El colector de material prensado se utiliza fundamentalmente en

pequeñas máquinas hasta un diámetro de colector de 200 mm.

La forma más simple de unión del colector con el devanado es por soldadura blanda delos extremos de los conductores a las delgas. Por el contrario, en máquinas de altasolicitación térmica, por ejemplo, de las clases de aislamiento F o H, se utiliza estañocon un punto de fusión superior a los 300 ºC. En parte también se emplea soldaduradura o se suelda bajo atmósfera de gas. Si el diámetro del colector es mucho menor queel del inducido, las delgas se unen al devanado por chapas soldadas. En caso de altassolicitaciones eléctricas y gran riesgo de depósito de suciedad, las chapas del colector van acuñadas o se elige el llamado colector dentado, que ofrece una plena seguridadcontra la penetración del polvo de carbón en el devanado de inducido y compensación.

Este se emplea, por ejemplo, en motores de tracción, accionamientos auxiliares detrenes de laminación y en instalaciones de grúas.

La corriente de inducido se aplica al colector a través de tas escobillas. Estas se fabricande una composición de carbón y cobre, para las máquinas de corriente continua. Por medio de un resorte se aprieta la escobilla sobre el colector con una fuerza deaproximadamente 1.5 a 2.5 Newton por cm2 .

Los porta escobillas se conectan con un borne a los pernos o regletas conductores, que a su vez vanfijados de forma aislante el puente de escobillas.Este puente puede girarse para el ajuste del ejede las escobillas, por ejemplo, en la posiciónneutra o en avance. Las escobillas deben estaradaptadas a las correspondientes condiciones deservicio: por esta razón, su calidad ha deseleccionarse cuidadosamente.Antes que utilizar las escobillas de grande secciónse prefiere utilizar más escobillas dispuestas enfilas, para obtener un mejor contacto con laslaminas.

A continuación se tratan algunos temas relacionados con el grupo colector y escobillas y con la conmutación en las máquinas de corriente continua.



CONMUTACION

La conmutación es el fenómeno más delicado que se desarrolla en la máquina decorriente continua.

Su estudio teórico es muy difícil, debido a la notable cantidad de variables que en ellaintervienen como así también diversos aspectos experimentales.

Una conmutación mala o defectuosa puede ser la consecuencia de un mal proyecto, perotambién cuando la máquina ha sido construida con una adecuada conmutación pueden

presentarse igualmente una gran cantidad de inconvenientes.

La posición de las escobillas tiene una gran influencia en la conmutación, siendonecesario determinar experimentalmente en la sala de pruebas del fabricante, la correctazona neutra para las escobillas.

Caída de tensión de contacto en escobillas

Hay varias teorías acerca del contacto de escobillas siendo el fenómeno de naturalezamuy compleja.

Para dar una explicación simple se puede decir que una escobilla que funcionacorrectamente no tiene un contacto mecánico con el colector, al límite se apoya sobre uncolchón de moléculas de agua.

La corriente circula a través de una serie de puntos que se mueven rápidamente sobre

toda la superficie de contacto de la escobilla, y el desplazamiento de los contactosdepende de la atmósfera en que se encuentran.

Estudios realizados han demostrado que la humedad relativa ambiente debe ser 100% para una temperatura de -5 °C y 20% para 20 °C.

Si la humedad es demasiado baja (esta situación se puede presentar en lugares de bajatemperatura), puede ser necesario utilizar escobillas especialmente impregnadas o biencomo alternativa, producir una humidificación artificial del aire.

Para tener una conmutación satisfactoria se requiere además que se supere un valor

mínimo de densidad de corriente en las escobillas (la densidad de corriente es sinónimode temperatura).

Esta situación se puede explicar teniendo en cuenta que la temperatura en la zona vecinaa la superficie de contacto produce humedad al vaporizarse el aire y a este fenómeno selo denomina comúnmente lubricación eléctrica.

Esta lubricación es necesaria para que se forme una película sobre la superficie delcolector, conocida con el nombre de pátina, y que está formada a partir de la escobilla

por partículas libres, una película de grafito y una película de óxido de cobre.



La figura de la derecha se muestra lavariación del coeficiente derozamiento en función de latemperatura y se incluye además laescala que indica la densidad de

corriente.

Se puede observar que para unatemperatura de 100 °C (10 A/cm2) elcoeficiente de rozamiento resulta 0.1 y

para 50 °C (5 A/cm2) el mismo resultatres veces mayor.

Esta situación indica que elrozamiento, y por lo tanto el desgastede la escobilla y del colector, puede resultar excesivo cuando la humedad y/o la

densidad de corriente son demasiado bajos.

El límite crítico de densidad de corriente se encuentra entre 5.6 A/cm2.

Es importante remarcar que la temperatura se debe producir en la superficie de contactode las escobillas no siendo suficiente para ello calentar el colector por mediosartificiales.

Esto se debe a que la temperatura de los puntos de conducción de corriente es muy altay en cambio los valores de temperatura indicados en la gráfica anterior son valores

promedios medidos después de un cierto lapso y para todo el colector.

Veamos ahora que ocurre cuando una máquina funciona con una carga pequeña y enconsecuencia las escobillas trabajan con una densidad de corriente baja.

Después de algún tiempo en servicio se puede observar que el colector presenta undesgaste anormal.

La causa de esta situación se debe a la baja densidad de corriente que implica una bajatemperatura de contacto y en consecuencia no se vaporiza el agua necesaria para

producir la lubricación eléctrica.

Las escobillas comienzan a estar en contacto mecánico con el colector produciendo laformación de una película sobre este último que tiende a impedir la circulación de lacorriente.

La corriente entonces comienza a circular por los puntos más débiles de esta capa produciéndose leves bandas sobre el colector.

En la superficie de las escobillas que corresponden a estas bandas del colector, seforman surcos y la corriente tiende a concentrarse en esta zona, produciendo bandassobre las escobillas y el colector.



Esta situación conduce a la formación de depresiones en la superficie del colector que pueden alcanzar un ancho superior a 1 mm (conocido en la literatura técnica con elnombre de «ribbing») o bien menores de 1 mm (denominado «threading»).

Otra causa común, que produce estas mismas consecuencias, es el funcionamiento de la

máquina en atmósferas contaminadas con gases sulfúricos, clorhídricos o amoniacales.

En síntesis, la caída de contacto entre escobilla y colector no es constante, en generaldisminuye con el incremento de la densidad de corriente.

El valor de esta caída de tensión depende de los materiales con que están construidos elcolector y las escobillas, del sentido de pasaje de la corriente, del valor de densidad dela corriente, de la temperatura, de la presión ejercida sobre la superficie de contacto, delas características químicas y mecánicas de las superficies de contacto.

TORNEADO, RECTIFICADO Y DESMICADO DEL COLECTOR

Para lograr una conmutación satisfactoria y un buen contacto entre escobillas y colector es de fundamental importancia prestar mucha atención al rectificado y desmicado delcolector.

Si el mecanizado se realiza a una velocidad baja, el radio de cada delga puede resultar menor que el radio del colector, y esta situación puede resultar perjudicial e inaceptable

para la conmutación.

La terminación superficial del colector (rugosidad) debe ser como máximo de 4

micrones.Para un colector nuevo la máxima excentricidad normalmente es de 0.04 mm, además ladiferencia de radio (altura) de dos delgas adyacentes no debe exceder 4 micrones.

La mica entre delgas debe rebajarse entre 0.7..1.2 mm y además los bordes de las delgasdeben estar completamente libres de mica.

A este punto se debe remarcar la importancia fundamental que tiene la adecuadaelección del tipo y de escobillas para una correcta conmutación.

Los fabricantes de escobillas brindan información de las características físicas ycondiciones de empleo de las distintas calidades y tipos de escobillas que producen.

Como en la selección de la calidad de escobillas influyen un amplio espectro de datos aconsiderar, generalmente es conveniente aprovechar el asesoramiento que brindan losfabricantes, para determinar la calidad correcta de escobillas a utilizar.



PORTAESCOBILLAS

Un factor muy importante es la presión de escobillas y debe ser considerado cuidadosamente.

En la figura se indica para escobillaselectrografíticas la característica dedesgaste en función de la presión.

Como se puede observar el desgastemínimo se tiene para una presión dealrededor de 180 gr/cm2.

Cuando la presión disminuye el desgaste aumenta bruscamente por causas eléctricas,mientras que con el aumento de la presión se produce un incremento del desgaste no tan

pronunciado, y que se debe al aumento de la solicitación mecánica.

El muelle de la caja portaescobilla ejerce normalmente una presión de 200..250 gr/cm 2.Una parte de esta presión se ejerce lateralmente siendo la presión sobre la escobilla

propiamente dicha de aproximadamente 180 gr/cm2.

El polvo que se puede acumular entre las escobillas y las cajas portaescobillas produceuna fricción adicional y una reducción de la presión, es decir, que aun con buenos

portaescobillas la presión puede resultar inadecuada.Se deben mantener limpias las máquinas particularmente en ambientes polvorientos o

bien en el caso de que el sistema de ventilación de la máquina sea inadecuado para ellugar donde funciona.

Se debe tener especial cuidado de que ningún aceite entre en contacto con el colector yen el caso que ello ocurra, se deben reemplazar las escobillas y limpiar cuidadosamenteel colector.

La distancia entre la caja portaescobillas y el colector debe ser de 2..3 mm y en tal

sentido después de que el colector es sometido a un nuevo mecanizado, esta distanciadebe ajustarse nuevamente.

TENSIÓN DE REACTANCIA

La tensión en los extremos de las bobinas que están cortocircuitados durante laconmutación debería ser nula, pero debido a que la corriente en la bobina cambia desentido, se induce una tensión, denominada de reactancia, que trata de hacer circular unacorriente en sentido opuesto.

Recordar que la tensión en la bobina depende de la velocidad de variación de la

corriente que circula por ella. e = L di / dt.



Esta tensión de reactancia se compensa normalmente con una tensión rotacional de igualvalor, pero de sentido opuesto, producida por el flujo de los polos auxiliares o deconmutación ubicados entre los polos principales.

Si el flujo que producen estos polos auxiliares no está correctamente ajustado, y

supongamos por ejemplo que se produce una subconmutación, en el borde de salida dela escobilla se tiene una elevada corriente que produce en consecuencia unaconmutación inadecuada.

El proyectista debe estar seguro que la tensión de reactancia se encuentra dentro delímites aceptables y en base a ello se debe elegir el tipo de escobillas conveniente.

Las escobillas electrografíticas normalmente utilizadas tienen una resistencia decontacto que para densidades normales de corriente (alrededor de 10 A/cm2), producenuna caída de tensión de por lo menos 1 o 2 volt.

Las máquinas que presentan problemas de conmutación, como por ejemplo máquinas dealta velocidad, con cargas pesadas o máquinas de corriente continua especiales,requieren adecuados tipos de escobillas.

Un método simple de controlar la conmutación consiste en graficar la caída de tensión,según se indica en la figura debajo, midiendo la caída de tensión entre la escobilla y tres

puntos del colector.

La caída de tensión en cada punto se encuentracomprendida entre 1 a 2 volt.

La forma de las curvas de caídade tensión en función del puntode medición indica si lacompensación de los interpoloses adecuada, y se puede decir lo siguiente:

I: se tiene una corriente de conmutación atrasada es decir una subconmutación, significaque se debe aumentar de algún modo el campo producido por los interpolos.

II: se tiene una conmutación correcta.

III: se tiene una corriente de conmutación adelantada o sobreconmutación, y en estecaso se debe reducir el campo.

En general las máquinas se diseñan para que funcionen con una ligerasobreconmutación que es preferible.



Tipos de motores eléctricos de C.C.

Los diferentes tipos de motores de C. C., y en general de máquina eléctrica de C.C., se

diferencian básicamente en la forma de conectar el devanado inducido y el inductor a lared. Recordemos en, en el fondo, ambos devanados no son más que elementos de uncircuito eléctrico y que pueden estar conectados de forma independiente a la red, o bienestar conectados entre sí en serie, en paralelo o de forma mixta.Las características de cada uno de los tipos de motor se recogen en las denominadascurvas características. Las curvas que presentan un mayor interés son las curvas develocidad, de par y la mecánica. La curva característica de velocidad relaciona lavelocidad de giro del rotor con la corriente en el inducido [n = f(Ia)]. La curvacaracterística de par representa el par en función también de la corriente del inducido

[ττττind = f(Ia)]. Por último, la característica mecánica relaciona el par con la velocidad de

giro del rotor o la velocidad de giro con el par [ττττind = f(n) o n = f(ττττind )].

En la siguiente parte, de los tipos de motores, no consideraremos la resistenciacorrespondiente a los devanados de conmutación, R c, la cual, como se ha señalado, iríaen serie con la resistencia del inducido, Ra. Igualmente no introduciremos resistenciasde control como el reostato de arranque, Raj, que serán introducidas posteriormente, nila caída de tensión que se produce en cada escobilla, y que suele ser constante en torno a

1 V, que hay que sumar a la f.c.e.m., ε.

Por último recordamos que el voltaje generado en el interior de la máquina es:

Ea = K φ n

Y el torque inducido desarrollado por la máquina es:

ττττind = K φφφφ Ia

donde K es una constante de la máquina.

Motor de excitación en derivación (shunt)

En este tipo de motores, el devanado inductor y el inducido se encuentran conectadosentre sí en paralelo, y ambos a una línea eléctrica de C.C. de tensión VL, de forma que laintensidad, IF, que circula por el devanado de excitación permanece constante (por tantotambién el flujo) y estará dada por: IF = VL / R F



De otra parte, la f.c.e.m. inducida será dada por:

Ea = K φ n y puesto que se cumple que:

VL = Ea + Ra · Ia

se obtiene para la curva característica de velocidad,

[n = f(Ia)] :Φ

=1

1

C n ( VL – Ra · Ia)

Dado que el término Ra · Ia es muy pequeño (del orden de un4% de la tensión en bornes), la variación de la velocidad estaráen la misma proporción; de hecho, la velocidad a plena cargaes sólo un 2 – 8% inferior a la velocidad en vacío (no), que corresponde al momento enque Ra · Ia vale cero. El que la velocidad apenas dependa de la carga justifica que a estemotor se le conozca como motor autorregulado en velocidad, resultando de gran

aplicación en máquinas – herramientas. Sin embargo, En el caso de que la reacción en elinducido sea apreciable, el flujo útil disminuye cuando la carga, y por tanto Ia, aumenta,y la velocidad se incrementará ligeramente al aumentar Ia.

En lo referente al par electromagnético, éste venía dado por: ττττind = K φφφφ Ia, y si el flujo

se mantiene constante, la curva característica de par [ττττind = = f(Ia)] es una línea recta

que pasa por el origen. Sin embargo, si la reacción en el inducido no es nula, se produceuna ligera disminución del par a partir de cierto valor de la intensidad en el inducido,

que da lugar a que éste deje de crecer de forma lineal. Por otra parte, si sóloconsideramos el par útil en el eje, es decir, si restamos las pérdidas mecánicas y las

pérdidas en el hierro, la curva que se obtiene deja de pasar por el origen, desplazándosea intensidades mayores.

Esto se observa en la siguiente figura:Despejando Ia en la expresión del par, yreemplazando en la expresión de la velocidad,obtenemos la expresión de la curva

característica mecánica [n = f(

ττττind)]

Φ−

Φ=

2

VL·1

K R

K n

ind

a

τ

cuya representación es una línea rectaligeramente decreciente, en el caso de reacciónen el inducido despreciable o compensada. Estecomportamiento del par respecto a la velocidad

es indicativo de la elevada estabilidad de este tipo de motor.



Motor de excitación independiente

Se trata de un motor con las mismas características que el anterior, y la única diferenciaes que el devanado inductor se conecta a una fuente diferente de la utilizada para eldevanado inducido. Esta diferencia en las conexiones sigue permitiendo que la

intensidad que circula por el inductor sea constante, por lo que sus características seránsean las mismas que las del motor en derivación.

Motor de excitación en serie

En este tipo de motor, el devanado inductor y el inducidoestán conectados en serie entre sí, de forma que ambosestarán recorrido por la misma intensidad.Al igual que antes, la f.c.e.m. generada en el inducido viene

dada por:Ea = K φ n

y considerando la asociación en serie de los devanadotenemos que:

VL = Ea + (R Fserie + Ra) Iaobteniéndose para la curva característica de velocidad:

Φ=

K n

1[(VL – (R Fserie + Ra)· Ia)

La variación de carga influye de forma notable en el denominador de la expresión, pues

en este caso el flujo no es constante, ya que la corriente de excitación y la inducida son

la misma e iguales a la absorbida de la red . Si disminuye la carga, lo hace también laintensidad que se absorbe, y decrece el término (R·I) y el flujo, es decir, aumenta elnumerador y disminuye el denominador, con el consiguiente aumento de la velocidad(el motor se embala). Del lado contrario, si se sobrecarga el motor la situación esinversa: aumenta la intensidad absorbida, el término (R·I) y el flujo, es decir, disminuyeel numerador y aumenta el denominador y la velocidad disminuye, pudiéndose detener el motor.

En lo que se refiere a la curva de par electromagnético, partiremos de la expresión: ττττind

= K φφφφ Ia; y al ser el flujo proporcional a la intensidad del inductor, (φφφφ = C . Ia) y

ésta igual a la del inducido, podemos escribir:

ττττind = C · K · Ia2

A diferencia del motor en derivación, en el que el par variaba linealmente con laintensidad, en el motor en serie lo hará de forma cuadrática para bajas intensidades y deforma lineal para grandes intensidades. Al igual que en el motor en derivación, siconsideramos la reacción en el inducido, a medida que aumenta la carga el aumento del

par es menor que el teórico, y si consideramos las pérdidas mecánicas y en el hierro, lacurva se desplaza hacia la derecha.



Analizando las expresiones para el par del motor en derivación y en serie, vemos que eneste último se consiguen incrementos iguales del par con aumentos menores deintensidad, en comparación al de derivación, por lo que el motor en serie se emplea demanera especial para accionamientos que exijan aceleración y pares de arranques

elevados.EN esta figura vemos las mencionadas relaciones.

La curva característica mecánica del motor en serie está dada por:

Φ+−

Φ=

C R RV

K n a F L

τ )(·

1

cuya representación es ahora una curva hipérbola, siempre que

no se alcance la saturación y el flujo permanezca proporcionala la corriente del inductor. La forma decreciente que presentala curva concede al motor en serie una elevada estabilidad demarcha a elevada velocidad, a la vez que pone de manifiesto

que la potencia útil desarrollada permanece prácticamente constante por lo que estemotor se le denomina motor autorregulado en potencia.

Motor de excitación compuesta

En este tipo de motor, el devanado inductor se divideen dos: una parte se conecta en serie con el devanadoinducido, y la otra parte se conecta en paralelo.Según como se lleve a cabo la conexión podemosdiferenciar entre conexión compuesta corta yconexión compuesta larga. En la conexióncompuesta larga la corriente que circula por eldevanado inductor en serie es la misma que la quecircula por el devanado inducido. En cambio, en laconexión compuesta corta la corriente que circula por el devanado inductor en serie esla intensidad total de alimentación del motor. A su vez, los flujos magnéticos generados

por ambos devanados inductores pueden tener el mismo sentido,y hablaremos de motor de excitación compuesta aditiva; o bien,distinto sentido y hablaremos de motor de excitación compuestadiferencial.

Las características que presentan estos motores son intermediasentre las de los motores en serie y las de un motor en derivación.El que se aproximen más a uno u otro depende de la proporciónque exista entre el flujo generado por el devanado en serie y por el devanado en paralelo. Así, en los motores de excitación

M

R e serie

R i R e paraleloεεεε b

Larga

M

R e serie

R i R e paraleloεεεε b

Corta



compuesta aditiva, el peligro de embalamiento que había en los motores en seriedesaparece pues el devanado inductor en paralelo genera, aun en vacío, un flujo queimpide la anulación del denominador, como ocurría en los motores en serie. Losmotores de excitación compuesta aditiva presentan excelentes características (elevado

par de arranque, inexistencia de embalamiento, etc.), lo que justifica su empleogeneralizado en máquinas herramientas, en máquinas de tracción y en máquinas queexijan un par de arranque elevado.En cuanto a los motores de excitación compuesta diferencial, el flujo útil vendrádeterminado por la diferencia entre las excitaciones en serie y paralelo. Por lo tanto,cuando el motor funciona en vacío el flujo será máximo y se irá debilitando segúnaumente la carga y lo haga la corriente en el inducido.

REGULACIÓN DE VELOCIDAD.

La regulación de velocidad de un motor se define como la variación de velocidad desde

la carga nominal a carga nula, expresada en tanto por ciento de la velocidad a la carganominal. En forma de ecuación la regulación de velocidad es:

Regulación de velocidad en %=(So – Sn / Sn) x 100

A través del examen de las curvas, es evidente que los motores derivación puedenclasificarse como motores de velocidad bastante constante, cuya regulación develocidad es buena. La regulación de velocidad del motor compuesto aditivo es más

pobre que la del motor derivacion; su regulación de velocidad tiene el valor mas alto; laregulación de velocidad del motor serie es muy pobre. Tanto el motor aditivo como elmotor serie se consideran como, motores de velocidad variable.

El motor compuesto diferencial tiene una regulación de velocidad negativa, que siempre puede asociare a inestabilidad en la carga.



Control de la velocidad de los motores de corriente contínua.

La regulación de velocidad tiene por objeto mantener ésta en un valor fijado.

Considerando las expresiones de velocidad, n, y del par, tind :

Φ=

1

1

Cn [(VL – Σ (R·Ia)] ; tind = C2 · Φ · Ia;

vemos que podemos llevar a cabo la regulación variando la tensión de la red, ε b,introduciendo resistencias en serie con el inducido para variar el valor de Ia; o

modificando el flujo, Φ, introduciendo resistencias en serie con el devanado inductor.

La modificación de la tensión puede llevarse a cabo mediante controladores electrónicos

de potencia, que hacen que el devanado inducido del motor se conecte a una fuente deC.C. de valor variable. Haciendo uso de este control hay que hacer notar que, para

cargas sumamente pesadas, es decir, que elevan la caída de tensión, [Σ (R·Ia)], hasta unvalor apreciable, la velocidad angular del eje del motor experimenta una disminuciónconsiderable, siendo necesario introducir contrarreacciones que varíen la tensión y laintensidad.

La regulación reostática en el inducido se basa en el aumento de la resistencia delinducido. Como la velocidad es proporcional a la tensión en los bornes del inducido, alaumentar la resistencia disminuye la velocidad e inversamente. Este tipo de regulaciónempeora considerablemente el rendimiento, pues se pierde potencia eléctrica en laresistencia intercalada.

La modificación del flujo se lleva a cabo mediante control reostático en el inductor, paralo cual se intercala una resistencia en serie con el devanado inductor si la conexión es enderivación, o en paralelo si la excitación es en serie. A diferencia de la regulación en elinducido, en este tipo de regulación, las pérdidas de potencia en las resistenciasintroducidas es muy pequeña, por serlo normalmente la intensidad de excitación.

Arranque en los motores de C.C.

En el momento de arrancar un motor de C.C., la intensidad que se absorbe de la red esmuy grande por no existir aún f.c.e.m. en los devanados del inducido. Esta intensidad

puede hacer que se quemen las escobillas y el colector de delgas, e incluso el propiodevanado inducido. Para evitar este riesgo se usan dispositivos especiales denominadosarrancadores cuya función es sólo acelerar progresivamente el motor hasta que hayaadquirido la velocidad de funcionamiento nominal, favoreciendo el creciente aumento

de la f.c.e.m.



En el proceso de arranque, lo más importante es reducir la intensidad que circula por elinducido al tiempo que el motor adquiere la velocidad nominal, para lo que se requierereducir la tensión en los bornes del inducido mediante la intercalación de resistencias enserie con el inducido. Estas resistencias son variables, de forma que una vez alcanzada

las condiciones nominales de funcionamiento, podamos anular su valor. Además delempleo de estos reostatos de arranque, se puede hacer uso de otros dispositivos talescomo variadores electrónicos de tensión.

INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO

Un motor eléctrico de C.C. puede funcionar en ambos sentidos de giro, bastaintercambiar las conexiones del devanado inducido respecto al inductor. Recordemosque el sentido del par motor depende de la polaridad del campo magnético y del sentidode la corriente del inducido; si invertimos las conexiones del inducido, invertimos elsentido de la corriente en él, y silo hacemos en el inductor invertiremos la polaridad delcampo magnético.

Si el cambio de sentido de giro tiene lugar cuando el motor se encuentra completamente parada, carece de importancia cuál sea el devanado en el que se intercambian lasconexiones. Ahora bien, si el cambio del sentido de giro se ha de realizar en marcha, es

preciso que sean las conexiones del inducido las que se cambien y no las del inductor.Esto se debe, fundamentalmente a que si el cambio se realiza en el inductor, el motor

quedaría sin excitación, con el consiguiente peligro de embalamiento.Además: (1) la excitación es un circuito altamente inductivo y las inversiones

frecuentes producen fem. Inducida elevada y picado de los contactos del interruptor quese utiliza para conseguir la inversión del circuito de excitación (2) si la excitaciónderivación se invierte, la excitación serie también debe invertirse ya que de otra maneraun generador compuesto aditivo quedaría conectado diferencialmente, (3) lasconexiones del circuito de inducido están normalmente abiertas a fin de hacer posible elfrenado dinámico o degenerativo y como estas conexiones existen pueden utilizarse

para la inversión.Cuando el cambio del sentido se efectúa con el motor en marcha, es preciso intercalar el

reóstato de arranque en serie con el inducido, para de esta manera limitar el pico decorriente. Si no se hace así, en el momento del cambio en la conexión la tensión de lared y la f.e.m. inducida se suman, y la corriente queda únicamente limitada por laresistencia del devanado inducido.En el caso del motor compuesto por consiguiente, con la inversión de solo lasconexiones de, inducido, se sigue una inversión de sentido de giro tanto para lasconexiones en derivación larga como en derivación corta, sin variación del sentido de lacorriente en los devanados de excitación.



FRENADO EN LOS MOTORES DE C.C.

Existen muchas aplicaciones en las que se requiere una maniobra de parada lo másrápida posible, o bien una desaceleración controlada. Para llevar a cabo esta parada o

frenada no basta con desconectar el motor de la red, ya que el motor continuará enmovimiento durante un cierto tiempo hasta que se para por acción de las fuerzas derozamiento. Para llevar a cabo la parada del motor podemos recurrir a procedimientosmecánicos, como un freno de disco, o a procedimientos eléctricos basados en el

principio de reversibilidad de las máquinas eléctricas, es decir, en hacer funcionar elmotor como generador invirtiendo el sentido del par. Dentro de los procedimientoseléctricos tenemos tres tipos de frenado: reostático o dinámico, regenerativo y por inversión de corriente o contramarcha.

El frenado reostático o dinámico consiste en hacer funcionar la máquina comogenerador, transformando la energía mecánica de rotación en energía eléctrica que sedisipará en una resistencias conectadas en paralelo con el devanado inducido. En elmomento en que se desea que el motor comience a frenar, si se trata de un motor deexcitación independiente, se desconecta el inducido de la red y se conecta en paralelo alas resistencias disipadoras; en los demás tipos de motores se debe garantizar que elflujo de excitación de la máquina siga teniendo el mismo sentido que cuando funcionacomo motor. En el caso de motores en derivación no es necesario realizar ningunaacción especial, pero en los motores en serie se ha de invertir previamente la conexión

del devanado inductor. La velocidad de frenada viene determinada depende de lavelocidad con que se disipa la energía eléctrica en las resistencias, la cual dependerá delvalor de ésta, pudiendo así regular la velocidad de frenada.

En el frenado regenerativo la energía mecánica de rotación se convierte igualmente enenergía eléctrica, pero ahora esta energía se cede a la red de alimentación. Elfundamento de este método se basa en que el funcionamiento de una máquina de C.C.como motor o como generador viene determinado por la relación entre la tensión de lared a la que se conecta y la f.e.m. en el inducido. Así, si la tensión en el inducido esmayor que la de la red, la máquina funcionará como generador; y si es menor, como

motor.En un motor en derivación, si el par resistente disminuye, la velocidad de giro y laf.e.m. aumentan y la corriente de inducido disminuye; si se anula el par resistente, elmotor tomará de la red la pequeña corriente de vacío que necesita para vencer losrozamientos; y si el par resistente se invierte convirtiéndose en par motor, la máquina seacelerará por encima de su velocidad de giro en vacío y la f.e.m. se hará mayor que latensión de red y, en definitiva, la máquina pasará a actuar de generador. En los motoresen serie, la forma en que se debe llevar a cabo las conexiones para el frenadoregenerativo son un tanto peculiares, puesto que el motor no puede por sí mismo invertir el sentido de funcionamiento.



Por último, el frenado en contramarcha consiste en invertir el sentido del par electromagnético cuando el motor se encuentra en marcha.

INSTALACIÓN.

Pasos previos.Comprobar que la resistencia del aislamiento de los devanados no sea inferior a 3000ohmios por voltio de la tensión nominal con un mínimo de 500000 ohmios. Lo normalson varios megohmios. En caso de no alcanzar esta resistencia se deberá calentar losdevanados en un ambiente con temperatura elevada menor a 80 grados. Luego delsecado comprobar nuevamente el aislamiento.La maquina se debe colocar asentada en una superficie muy rígida, si es posible en unlugar algo elevado y que permita la buena circulación del aire de refrigeración.Los apoyos sobre los que reposara la maquina deben ser perfectamente planos yhorizontales. Si las patas de la maquina ocupan toda la longitud de la carcaza, realizar elmontaje de esta sobre un zócalo donde apoyen en su total longitud.

Los engrasadores, los bornes, las puertas de registro para vigilancia y cambio deescobillas deben ser fácilmente accesibles.

Alineación de las maquinas.

a) Transmisión por correas. Se recomienda la instalación del motor sobrecorrederas. Las poleas se alinearan y los ejes serán paralelos, los diámetros y anchos delas poleas no serán inferiores a las dimensiones mínimas compatibles con un buencomportamiento de los rodamientos.

b) Accionamiento por cadena o engranaje. Se recomienda un montaje bajo carter que permita una buena lubricación de los engranajes con el aceite apropiado, esnecesario una alineación precisa de los piñones o de los engranajes. La distancia entreejes debe ser aproximadamente 30 a 50 veces el paso de la cadena manteniendo uno delos lados de la cadena levemente flojo. En el caso de engranajes se aconseja el uso deengranajes de dientes rectos o angulares. La distancia entre ejes se ajustara de forma queel juego mínimo no sea inferior a 1/8 de la altura del diente no se aconseja engranajes dedientes oblicuos pues ejercen un empuje axial sobre los rodamientos.

c) Acoplamiento con manchon. Las maquinas se deben montar sobre una bancadacomún. Los ejes deben estar perfectamente alineados pues diferencias de altura oerrores de ángulos acarrean vibraciones y deterioran los rodamientos. En este caso es

bueno comprobar la alineación en caliente (luego de un tiempo de trabajo). La

tolerancia de alineación no superara las 3/100 de milímetros de diferencia deconcentricidad y paralelismo.

ConexiónLa maquina se protegerá contra sobrecargas y cortocircuitos con un dispositivo biencalibrado, los contactos entre las conexiones internas y de alimentación deben estar bienapretados y preferentemente se deben utilizar terminales en los extremos de los cables.



Sentido de rotación.

Generalmente esta indicado con una flecha (en casos de sentido de rotación obligatorio).Estos son los casos de motores con ventilador de paletas orientadas donde al invertir elgiro el caudal de aire para la refrigeración no seria suficiente. En motores donde es

posible la inversión de giro basta con invertir la polaridad de a fuente de alimentación.

MANTENIMIENTO.

Se debe hacer especial cuidado del estado de las escobillas, colectores yrodamientos. Las maquinas deben mantenerse perfectamente limpias mediantesopleteados de aire donde queda a criterio del operario la frecuencia de los mismos.Mantener en buen estado los filtros de ventilación.

Colector.

Este componente se debe cuidar al máximo. Debegirar perfectamente centrado, su superficie debe estar

pulida, sin asperezas ni agujero alguno. Loscolectores en buen estado están cubiertos e una pátinaque se forman luego de un tiempo de funcionamientoa carga nominal, esta patina es señal de buenfuncionamiento del colector.

Esta nunca se debe quitar salvo en caso derectificado del colector.

Las micas entre las delgas del colector deben estar aun nivel un poco inferior a estas, por lo que debenfresarse regularmente. La diferencia de altura debe ser de 1 a 2 milímetros según el tamaño. El mal estado delcolector en algunos de estos puntos producechisporroteo.

Porta escobillas y escobillas.

Luego de un rectificado de colector o cambio de inducido se recomienda cuando es posible ajustar la distancia entre colector y porta escobillas, esta debe ser como mínimo

de 2 milímetros.Las escobillas deben apoyar perfectamente sobre el colector y deslizarse librementesobre las delgas. La presión de estas sobre el colector no mas de 200 gramos/cm2.Todas las escobillas deben tener la misma presión.

Cuando se reemplazan las escobillas debe hacerse por otras idénticas.En el momento del recambio limpiar los portaescobillas y verificar el estado de los

resortes. Se aconseja no cambiar todas las escobillas de una misma línea a la vez, pueslas nuevas no apoyan tan bien como las algo gastadas.

Para el ajuste de las escobillas seacostumbra desgastarlas con una tela esmerilcolocada entre la escobilla y el colector, con

los granos sobre la escobilla como semuestra en la figura.



Rodamientos.

Las maquinas que no poseen rodamientos blindados deberán ser engrasados periódicamente. No debe haber exceso de lubricación pues la grasa en exceso también produce calentamiento.

Las señales de un mal estado de los rodamientos son, el ruido y el calentamientoexcesivo o si presentan juego radial o axial.

La duración aproximada de un rodamiento es de 20000 horas en condicionesnormales.

BIBLIOGRAFÍA:

Ivanov – Smolenski: “Máquinas eléctricas”

Kostenko: “Máquinas Eléctricas”Datasheets Leroy Somer Material Obtenido de Internet

Motores Asincronicos y Maquinas de Corriente Continua

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