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    MOTORES ELCTRICOS

    M.1 Partes y conexionado. M.2 Induccin y deslizamiento. M.3 Rendimiento y curva caracterstica. M.4 Regulacin y arranque. M.5 Motores monofsicos. M.6 Motores de corriente continua. M.7 Motores sncronos.

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    M.1 PARTES Y CONEXIONADO

    Comenzaremos estudiando el motor asncrono trifsico o motor de induccin trifsico, que por su robustez, bajo mantenimiento y sencillez de utilizacin es el motor ms ampliamente utilizado en la industria. 1) PARTES DE UN MOTOR El motor ascrono trifsico tiene por dos partes fundamentales: -Esttor: es la parte fija del motor, est compuesta por la carcasa de acero que contiene al ncleo magntico del devanado estatrico o inductor. Esta carcasa sirve para proteger y disipar el calor generado dentro del motor a travs de sus aletas. El ncleo estatrico est compuesto por un conjunto de chapas de hierro apiladas, formado un cilindro hueco, en cuyo interior se alojar el rtor. En el interior de de este ncleo se han practicado un conjunto de ranuras donde se bobinan el devanado inductor. - Rtor: es la parte mvil del motor. Acoplado al eje se sita el ncleo rotrico, en cuya superficie de alojan cierto nmero de barras conductoras cortocircuitadas en sus extremos mediante anillos conductores. Este tipo de rtores se llaman de jaula de ardilla. El eje de giro se sujeta a la carcasa mediante unos cojinetes o rodamientos, y transmiten el par de fuerzas a la carga mediante una transmisin mecnica de tipo engranaje, correa, o cadena, con embrague y/o freno mecnico. La transmisin hace la funcin de reductor de velocidad, adecuando la velocidad del motor a la velocidad de la carga.

    Fig. 1: Estator Fig. 2: Rtor de jaula de ardilla

    - Refrigeracin: si acoplamos un ventilador al eje de giro, ste refrigerar al motor cuando gire, evacuando el calor al exterior, esto se llama auto-ventilacin. Tambin existen motores con ventilacin forzada, si el ventilador tiene su propio motor, o refrigerados con agua, aceite, - Caja de bornes: Aloja a los terminales de los devanados estatrios para su conexin a la alimentacin. Existen 2 terminales por devanado, y un devanado por fase.

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    - Entrehierro: Es el espacio de aire que separa el esttor del rtor. Debe ser lo ms reducido posible para minimizar los flujos de dispersin y reducir la relutancia del circuito magntico (el aire conduce peor el flujo magntico que el hierro). 2) CONEXIONADO Los motores asncronos trifsicos son motores bitensin, puede conectarse a dos tensiones de red diferentes, p.e 220/380 V. La tensin menor indica la tensin de fase nominal, osea, la mxima tensin a aplicar al bobinado. Un exceso de tensin puede provocar perforaciones en el aislamiento y/o sobrecalentamiento, reduciendo drsticamente la vida til. Una tensin demasiado pequea reduce en un tercio potencia til del motor. As, ante una red con la tensin menor conectaremos el motor en tringulo, y ante una red con la tensin mayor lo conectaremos en estrella.

    Fig. 3: Conexin en estrella Fig. 4: Conexin en tringulo

    Ejercicio 1: Sea una red trifsica de 400 V y un motor bitensin de 230/400 V,

    cmo debemos conectar el motor?

    Sol: Como la tensin de red es de 400V entre fase y fase, si lo conectamos en tringulo le estaremos aplicando 400 V a cada bobinado, siendo 230 V la mxima tensin aplicable, por que sera incorrecto. Si lo conectamos en estrella, le estaramos aplicando la tensin entre fase y neutro de la red, o sea, los 230 V necesarios.

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    PRCTICA 1: ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR ASNCRONO TRIFSICO.

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    M.2 INDUCCIN Y DESLIZAMIENTO

    El ncleo magntico del estator tiene en su interior unas ranuras donde se alojan los bobinados inductores. Cada bobinado est compuesto por un nmero par de polos opuestos, que al circular corriente por ellos, crean un flujo magntico que atraviesa el rtor y retorna por el estator. A continuacin se observa un estator con una sola fase.

    Fig. 5: Circulacin de flujo en el estator Este flujo tendr direccin ascendente o descendente segn la direccin de la corriente, o sea, de la polaridad instantnea de dicha fase de la corriente alterna.

    U-X

    -1,5

    -1

    -0,5

    0

    0,5

    1

    1,5

    1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73

    U-X

    Fig. 6: Flujo magntico alterno dentro del estator creado por un solo bobinado

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    Cuando juntamos los tres flujos magnticos (uno por cada fase) se observa que el efecto conjunto es un campo magntico rotatorio uniforme.

    -1,5

    -1

    -0,5

    0

    0,5

    1

    1,5

    0

    15

    30

    45

    60

    75

    90

    105

    120

    135

    150

    165

    180

    195

    210

    225

    240

    255

    270

    285

    300

    315

    330

    345

    360

    V-Y

    W-Z

    U-X

    Fig. 7: Flujo magntico rotatorio dentro del estator creado por tres bobinado desfasados

    La velocidad de rotacin del flujo magntico, es en este caso igual a la frecuencia de la red (en cada ciclo el flujo gira una vuelta). A esta velocidad se le llama velocidad de sincronismo. Si al estator le practicamos ms ranuras podemos aumentar el nmero de polos de cada bobinado. Llamando p al nmero de pares de polos por fase del estator, observamos que para cada vuelta hace falta p ciclos de res. Entonces:

    p

    fns

    =

    60

    Siendo ns la velocidad de sincronismo (rpm) y f la frecuencia (Hz).

    Ejercicio 1: Calcula las velocidades de sincronismo a 50Hz con p=1,2,3 y 4.

    Sol: p 1 2 3 4 ns 3000 rpm 1500 rpm 1000 rpm 750 rpm Al situar ahora una espira cortocircuitada en el interior del estator, y ser flujo rotatorio, la variacin de dicho flujo induce una fuerza electromotriz que crea unas corrientes en el rtor, y estas corrientes, en presencia del campo magntico d el estator crean un par de fuerzas que hacen girar al rtor. Es decir, que para que se induzca corriente debe haber movimiento relativo entre el flujo rotatorio y el rtor. Si el rtor gira a la vez que el flujo, desaparece la corriente y por tanto el par de fuerzas. La velocidad del rtor ser por tanto ligeramente inferior a la del flujo del estator. A esta velocidad le llamamos velocidad de asincronismo (n).

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    A la diferencia entre ambas velocidades le llamamos deslizamiento (s), y suele estar comprendido entre 1% para los motores grandes y 8% para los motores pequeos.

    s

    s

    n

    nns

    =

    Ejercicio 2: Qu deslizamiento tiene un motor cuya velocidad nominal es de

    1380 rpm a 50Hz?

    Sol: La velocidad de sincronismo inmediatamente superior es 1500 rpm, con 3 pares

    de polos. Entonces, %808,01500

    13801500==

    =s .

    Ejercicio 3: Cul ser la velocidad de sincronismo de ese mismo motor si lo

    conectamos a una red de 60Hz?

    Sol: La velocidad nueva velocidad de sincronismo ser 18003

    6060=

    =sn rpm.

    Veamos ahora cmo realizar una inversin del sentido de giro del motor. Observando el efecto conjunto de los tres campos magnticos del estator, si intercambiamos dos tensiones senoidales cualesquiera, observamos que el flujo magntico global gira en sentido contrario, por ejemplo, intercambiando las tensiones de U-X con V-Y obtenemos:

    Fig. 8: Inversin del sentido de giro del flujo magntico rotatorio al intercambiar dos fases cualesquiera

    Por tanto, si al arrancar un motor ste gira en el sentido contrario al deseado, bastar con cambiar 2 fases cualesquiera, y el motor girar en sentido correcto.

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    PRCTICA 2: INVERSOR DE GIRO DE UN MOTOR ASNCRONO TRIFSICO.

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    M.3 RENDIMIENTO Y CURVA

    CARACTERSTICA

    Los motores asncronos muestran en su placa de caractersticas una serie de parmetros que definen el funcionamiento del motor en su punto de mximo rendimiento o a plena carga. A estos parmetros se le denominan parmetros nominales del motor. Los ms destacados son: - Potencia nominal: es la potencia mecnica desarrollada en estas condiciones. - Tensin e intensidad nominal: Son un par de valores (segn se conecte en estrella o tringulo) que no se deben sobrepasar en condiciones normales de funcionamiento. - Velocidad nominal. - Frecuencia de red. - Par nominal: par de fuerzas desarrollado a velocidad nominal. - Factor de potencia nominal. Esto no significa que el motor no pueda desarrollar ms potencia que su nominal, al contrario, los motores asncronos tienen una capacidad de sobrecarga transitoria de entre 2 y 7 veces su par nominal, por eso son tan robustos. A continuacin se observa una curva par-velocidad tpica de estos motores:

    Par

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    0

    75

    150

    225

    300

    375

    450

    525

    600

    675

    750

    825

    900

    975

    1050

    1125

    1200

    1275

    1350

    1425

    1500

    Velocidad

    Par/P

    ar N

    om

    inal

    Par

    Fig. 9: Curva par motor-velocidad

    La potencia nominal de este motor se obtiene a 1485 rpm, donde se desarrolla el par nominal. A 1500 rpm encontramos la velocidad de sincronismo, donde el par es nulo. El par mximo se obtiene a 1275 rpm. Entre este punto y el punto nominal se encuentra la zona de sobrecarga, admisible temporalmente, pero no de forma permanente. Por debajo