MOTORES TRIFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA

Los motores de ca con armazón 680 o menores se usan más frecuentemente que cualquier otro grupo de motores. Se utilizan en todas las industrias para mover la más amplia variedad de máquinas. Estos motores se producen en gran escala y debido a su grado de estandarización se pueden tener en almacén y sustituirse fácilmente por motores de capacidad semejante hechos por otros fabricantes. Esta sección proporciona abundantes datos sobre estos motores y debe ser útil para seleccionar el motor apropiado para cualquier carga.

Fig. 1. Vista en corte de un motor a prueba de goteo en armazones de la 254 U hasta 326 U. Fig. 2. Vista en corte de un motor de inducción de rotor devanado

TIPOS DE MOTOR POLIFÁSICO DE INDUCCIÓN __________

El motor polifásico de inducción puede ser del tipo de jaula de ardilla o del tipo de rotor devanado (Figs. 1 y 2). El motor de inducción de jaula de ardilla ha sido clasificado por la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) de acuerdo con los siguientes diseños. Las tablas de esta sección están tomadas de las normas NEMA.

1. Diseño A. Un motor de diseño A es un motor de jaula de ardilla diseñado para soportar arranque a pleno voltaje y desarrollar un par a rotor bloqueado como el que se muestra en la Tabla 1. Tiene un par máximo como se muestra en la tabla 3. Tiene una corriente a rotor bloqueado mayor que el valor mostrado en la Tabla 4 y un deslizamiento con carga nominal inferior a 5 %. Los motores de diseño A normalmente se usan en instalaciones en donde se requieren una eficiencia extremadamente alta y una velocidad a plena carga también extremadamente alta. En consecuencia los motores de diseño A tienden a ser motores especiales.

2. Diseño B. Un motor de diseño B es un motor de inducción de jaula de ardilla diseñado para soportar arranque a pleno voltaje, que desarrolla pares a rotor bloqueado y máximo adecuados para el uso general, como se especifica en las Tablas 1 y 3, que consume una corriente a rotor bloqueado que no exceda los valores mostrados en la Tabla 4, y con un deslizamiento con carga nominal inferior al 5 %. Los motores con 10 o más polos pueden tener un deslizamiento ligeramente mayor al 5 %. Los motores de diseño B son motores estándar de propósito general usados cuando se requieren una corriente a rotor bloqueado baja y un par a rotor bloqueado moderado, junto con una velocidad a plena carga y una eficiencia altas.

3. Diseño C. Un motor de diseño C es un motor de jaula de ardilla diseñado para soportar arranque a pleno voltaje, que desarrolla un alto par a rotor bloqueado para usos especiales hasta de los valores mostrados en la Tabla 2, par máximo hasta de los valores mostrados en la Tabla 5, con corriente a rotor bloqueado que no exceda los valores mostrados en la Tabla 4 y que tenga un deslizamiento con carga nominal inferior a 5%.

4. Diseño D. Un motor de diseño D es un motor de jaula de ardilla diseñado para soportar arranque a pleno voltaje, que desarrolla un alto par a rotor bloqueado como se muestra en la Tabla 2, con corriente a rotor bloqueado no mayor a la mostrada en la Tabla 4 y que tiene un deslizamiento con carga nominal de 5 % o más.

5. Diseño F. Un motor de diseño F es un motor de jaula de ardilla diseñado para soportar arranque a pleno voltaje, que desarrolla un bajo par a rotor bloqueado como se muestra en la tabla 1, con un par máximo como se muestra en la tabla 5, con corriente a rotor bloqueado que no exceda los valores mostrados en la Tabla 4 y que tiene un deslizamiento con carga nominal inferior a 5 %. La figura 3 muestra las curvas típicas de velocidad-par motor para motores de diseño A, B, C y D. La figura 4 muestra piezas troqueladas típicas de rotor y las formas de ranuras usadas en los motores de diseños A, B, C y D, así como de rotor devanado.

6. Reclasificación NEMA. La NEMA ha tenido que cambiar las designaciones de potencia-armazón cuando la tecnología ha evolucionado a un punto en que se puede conseguir más potencia de un armazón determinado a través del uso de nuevos materiales, innovaciones de diseño, tanto de naturaleza eléctrica como de naturaleza mecánica, etc. Estos cambios normalmente se realizan por el reacomodo de los va lores de par y de comente. Puesto que la última reclasificación tuvo lugar en 1965, las tablas para pares y corriente se proporcionan en esta sección tanto para motores con clasificación anterior como reclasificados.

Motores de inducción de varias velocidades. Los motores de inducción de varias velocidades tienen uno o dos devanados primarios. El motor de un devanado se puede conectar para dar cualquiera de las dos velocidades, las cuales tienen entre sí una razón de 2:1, como 1 800 a 900 r/min, o puede reconectarse para tener ocho polos y dar 900 r/min, suponiendo una fuente de suministro de 60 Hz. Los dos devanados se pueden enrollar para que proporcionen una velocidad sincrónica y reconectarse para dar una velocidad diferente que sea la mitad de la velocidad sincrónica mayor. Este arreglo hace posible que el motor tenga cuatro velocidades, como por ejemplo 3600, 1800, 1200 y 600 r/min. Un devanado se usa para las velocidades de 3600 y 1800 r/min y el segundo para las velocidades de 1200 y 600 r/min. Estos motores se pueden clasificar como de potencia constante, de par constante y par variable. Los motores de potencia constante tienen la misma potencia a todas las velocidades y tienen usos como taladros de máquina herramienta. Los motores de par constante tienen potencias nominales que son directamente proporcionales a la velocidad y se usan por ejemplo en transportadores. Los motores de par variable tienen potencias nominales que son proporcionales al cuadrado de la velocidad y se usan en ventiladores en que la carga disminuye al menos proporcionalmente al cuadrado de la velocidad. La figura 5 muestra los diagramas usados para conectar motores polifásicos de inducción de dos, tres y cuatro velocidades. 8. Motores de inducción de rotor devanado. Los motores de inducción de rotor devanado tienen el devanado del rotor o secundario, aislado de la estructura magnética en forma muy parecida a como está el devanado del estator o primario (Fig. 2). El devanado, en el caso de un devanado trifásico, que es el más común, tiene las tres terminales de línea conectadas cada una a un anillo colector separado. Las escobillas, que se mantienen estacionarias, están en contacto con los anillos y se conectan a través de resistores variables. La variación del valor de la resistencia de estos resistores da las variaciones correspondientes en las características de operación del motor.

Los motores de rotor devanado se arrancan normalmente con resistencia secundaria en el circuito y la resistencia se reduce periódicamente para permitir que el motor adquiera velocidad. Este procedimiento permite que el motor desarrolle un par sustancial al mismo tiempo que limita la corriente a rotor bloqueado. La figura muestra las curvas de velocidad-par motor y velocidad-corriente para un motor de rotor devanado con diferentes valores de resistencia externa. La resistencia secundaria se puede diseñar para servicio continuo, de manera que disipe el calor producido por la operación continua a velocidad reducida, las aceleraciones frecuentes o la aceleración con una carga de alta inercia. El resistor externo en el circuito del rotor dará al motor una característica que produce una gran caída de velocidad para un cambio de carga más bien pequeño. Este método para obtener ve-locidad reducida se usa generalmente para bajar la velocidad solamente al 50%. La eficiencia del motor en estas condiciones es, sobra decirlo, más bien baja. El par máximo de motores polifásicos de rotor devanado de potencias no fraccionarias con sus capacidades continuas se muestra en la Tabla 6. Los datos del secundario para motores de rotor devanado se dan en la Tabla 7.

CONDICIONES DE SERVICIO

Un motor de corriente alterna de propósito general que tenga un factor de servicio de acuerdo con la Tabla 8 es adecuado para operación continua con carga nominal en las condiciones usuales de servicio que se dan más adelante en esta sección. Cuando el voltaje y la frecuencia se mantienen en los valores especificados en la placa de datos, el motor se puede sobrecargar hasta la potencia obtenida multiplicando la potencia nominal por el factor de servicio mostrado en la placa de datos. Cuando se trabaja con la carga de factor de servicio, el motor tendrá un aumento de temperatura como se especifica en la Tabla 9. Si el factor de servicio es mayor que 1, el motor puede tener una eficiencia, un factor de potencia y una velocidad diferentes de los que tiene con carga nominal, pero el par motor y la corriente a rotor bloqueado, así como el par máximo, permanecerán sin cambio.

9. Factor de servicio para motores de ca de propósito general. El factor de servicio para motores de ca de propósito general que tienen una elevación especificada de temperatura de acuerdo con la Tabla 9, y que trabajan con voltaje y frecuencia nominales, debe ser como el mostrado en la Tabla 8.

10. Selección apropiada de aparatos. Los motores deben seleccionarse en forma apropiada para asegurar que su servicio sea satisfactorio. Las máquinas que cumplen con las normas NEMA son apropiadas para la operación de acuerdo con sus capacidades en las condiciones normales de servicio. Cuando las máquinas se someten a condiciones de servicio poco frecuentes debe consultarse al fabricante.

11. Condiciones usuales de servicio. Las condiciones usuales de servicio son como sigue: 1. Temperatura ambiente entre 10 y 40°C, pero sin exceder los 40°C 2. Altitud que no exceda 3 300 ft (100 m) (véase el inciso 13) 3. Variación de voltaje para motores de ca de acuerdo con el inciso 14 4. Variación de frecuencia según se especifica en el inciso 15 5. Variación combinada en el voltaje y la frecuencia según se especifica en el inciso 17 6. Unidad motriz con transmisión de banda V de acuerdo con el inciso 23 7. Transmisiones de banda plana y de engranes de acuerdo con los incisos 22, 24 y 25. 8. Instalado sobre una superficie de montaje rígida. 9. Ubicación o alojamientos suplementarios que no interfieran seriamente con la ventilación de la máquina.

12. Condiciones especiales de servicio. En todos los casos en que las condiciones de servicio sean diferentes a las especificadas como usuales, se debe consultar al fabricante. Las condiciones típicas de servicio especiales son:

1. Exposición a vapores químicos 2. Exposición a polvo combustible 3. Exposición a polvos de explosivos 4. Exposición a polvo abrasivo o conductor 5. Exposición a polvo de fibras 6. Exposición a vapor de agua 7. Exposición a gases inflamables o explosivos

8. Exposición a temperaturas ambiente superiores a los 40°C o inferiores a los10°C 9. Exposición a vapor de aceite 10. Exposición a aire salino 11. Exposición a choques anormales o a vibración de fuentes externas

12. Exposición a cargas mecánicas externas que comprendan empuje o partes sobresalientes

13. Exposición al calor radiante

14. Exposición a la radiación nuclear

15. Exposición a invasión de gusanos o atmósferas propicias para el crecimiento de hongos 16. Operación en lugares muy húmedos o muy secos 17. Operación en locales mal ventilados 18. Operación a velocidades por arriba de la más alta velocidad especificada 19. Operación en fosas o encerrados en cajas sin un sistema de ventilación adecuado

20. Operación en donde exista un desvío de voltaje o de frecuencia diferentes de los nominales 21. Operación en donde se exigen bajos niveles de ruido

22. Operación en una posición inclinada

23. Operación en donde se requiere un balance mejor que el especificado

24. Operación cuando se está sujeto a cargas de impacto de torsión

25. Operación de la máquina en reposo con cualquiera de los devanados continua mente energizado

. OPERACIÓN A ALTITUDES ARRIBA DE LOS 3 300 FT (1 000 M).

Las elevaciones estándar de temperatura que se dan para motores en la Tabla 9 se basan en la operación a altitudes de 3 300 ft (1 000 m) o menos y a una temperatura ambiente máxima de 40°C. También se acepta como una buena práctica usar motores en altitudes mayores de 3 300 ft como se indica abajo.

a. Los motores aislados de las clases A o B que tienen una elevación estándar de temperatura trabajarán satisfactoriamente en altitudes superiores a 3 300 ft (1 000 m) en aquellos lugares en donde la disminución de la temperatura ambiente compense el incremento por aumento de temperatura, según se muestra en la Tabla 10.

b. Los motores que tienen un factor de servicio de 1.15 o mayor trabajarán satisfactoriamente con un factor de servicio unitario en una temperatura ambiente de 40°C en altitudes superiores a 3 300 ft (1 000 m) y hasta 10 000 ft (3 000 m).

c. Los motores que se pretenden usar a altitudes superiores a 3 300ft (1 000 m), con una temperatura ambiente de

40°C, deben tener elevaciones de temperatura al nivel del mar que no excedan los valores calculados por medio de la siguiente fórmula:

Donde TRSL = elevación de temperatura de prueba, °C, al nivel del mar TRA = elevación de temperatura, °C, de la Tabla 9 alt = altitud sobre el nivel del mar, a la que se va a operar la máquina, ft

d. Los valores preferentes de altitud son 3300, 6600, 10000, 13300 y 16600 ft

(1 000, 2000, 3000, 4000 y 5 000 m).

Tabla 1. Par a rotor bloqueado en porcentaje del par a plena carga de motores de potencia integral continua, jaula de ardilla, polifásicos de una velocidad, Diseños A y B.

HP

Velocidad sincrónica, r/min

60Hz 3600

1800 1200 900

50Hz 3000

1500 1000 750

1 140 3/4 175 135 1 275 170 135

1 '/2 175 250 165 130 2 170 235 160 130 3 160 215 155 130 5 150 185 150 130

7'/2 140 175 150 125 10 135 165 150 125 15 130 160 140 125 20 130 150 135 125 25 130 150 135 125 30 130 150 135 125 40 125 140 135 125 50 120 140 135 125 60 120 140 135 125 75 105 140 135 125

100 105 125 125 125 125 100 110 125 120 150 100 110 120 120 200 100 100 120 120 250 70 80 100 100 300 70 80 100 350 70 80 100 400 70 80 450 70 80 500 70 80

Tabla 2. Par a rotor bloqueado en porcentaje del par de plena carga de motores de potencia integral continua, jaula de ardilla, polifásicos de una velocidad, Diseño C.

Velocidad sincrónica, r/min

hp 60 Hz 1800

1200 900

50 Hz 1500

1000 750

3 250 225

5 250 250 225

7 ½ 250 225 200

10 250 225 200

15 225 200 200

20 200 200 200

25 o mayores 200 200 200

El par a rotor bloqueado de los motores polifásicos de jaula de ardilla del diseño D, de 60 y 50 Hz, seis y ocho polos, de una velocidad, con voltaje y frecuencia nominales en las terminales, debe ser del 275%, expresado como porcentaje del par cíe plena carga, que representa el limite superior de las posibilidades de uso de estos motores.

El par a rotor bloqueado de los motores polifásicos de inducción de jaula de ardilla, de Diseño F, de 60 y 50 Hz, de cuatro y seis polos, de una velocidad, con 30 hp nominales o más, con voltaje y frecuencia nominales en las terminales, debe ser 125%, expresado como porcentaje del par de plena carga, que representa el límite superior de las posibilidades de uso de estos motores. Para motores que tienen voltajes nominales de placa de 208 a 220/440 V, los pares a rotor bloqueado dados arriba se usan con una operación a 220 V (o 440 V); con 208 V los pares de rotor bloqueado son algo menores, como se da en la norma NEMA Standard MG 1-14.31. Tomado de la norma NEMA Standard MG 1 -12.37.

Tabla 3. Par máximo en porcentaje del par de plena carga de motores de potencia Integral continua, polifásicos de jaula de ardilla de una velocidad, Diseños A y B

HP

Velocidad sincrónica,

r/inin 60 Hz 3600

60Hz

3600

1800 1200 900 50Hz 3000

50 Hz

3000

1500 1000 750

1/2 225 3/4 275 220

1 300 265 215 l'/2 250 280 250 210 2 240 270 240 210 3 230 250 230 205 5 215 225 215 205

7'/2 200 215 205 200

10- 125

inclusive

200 200 200 200 150 200 200 200 200 200 200 200 200 200 250 175 175 175 175 300-350 175 175 175

400-500

inclusive

175 175

Los valores del Diseño A son por arriba de los valores mostrados en la tabla. Norma NEMA Standard MG 1- 12.38.

Tabla 4. Corriente a rotor bloqueado de motores de inducción de jaula de ardilla de potencia integral, trifásicos de 60 Hz para 220 o 230 V

hp

Corriente a rotor bloqueado, A

Letras de diseño

1/2 20 B,D 3/4 25 B,D

1 30 B,D

l'/2 40 B,D

2 50 B,D

3 64 B,C,D

5 92 B,C,D

7'/2 127 B,C,D

10 162 B,C,D

15 232 B,C,D

20 290 B,C,D

25 365 B,C,D

30 435 B,C,D

40 580 B,C,D

50 725 B,C,D

60 870 B,C,D

75 1085 B,C,D

100 1450 B,C,D

125 1815 B,C,D

150 2170 B,C,D

200 2900 B,C

250 3650 B

300 4400 B

350 5 100 B

400 5800 B

450 6500 B

500 7 250 B

Nota. La corriente a rotor bloqueado de motores diseñados para voltajes diferentes de 230 V será inversamente proporcional a los voltajes. Tomada de la norma NEMA Standard MG 1 -12.34.

Tabla 5. Par máximo de motores de potencia integral continua, polifásicos, de jaula de ardilla, de una velocidad, diseños C y F

HP Velocidad sincrónica, r/min (60y50Hz)

Par máximo, % del par de plena

carga

Diseño C Diseño F

3 3600-3000

1 800-1 500

1 200-1 000 225

900-750 200

Menor que 750

5 3 600-3 000

1 800-1 500 200

1 200-1 000 200

900-750 200

Menor que 750

7'/2 3 600-3 000

1 800-1 500 190

1 200-1 000 190

900-750 190

Menor que 750

10 3 600-3 000

1 800-1 500 190

1 200-1 000 190

900-750 190

Menor que 750

15-25 Todas las

velocidades

190

30 o más Todas las

velocidades

190 135

Para los motores que tienen voltajes nominales de placa de 208 a 220/440 volts o 208 a 220 volts, los pares máximos dados se emplean en la operación con 220 volts (o 440 volts); con 208 volts, los pares máximos son un tanto más bajos. Tomada de la norma NEMA Standard MG 1 -12.38.

Diseño NEMA C; 4- alto par, alto deslizamiento, Diseño NEMAD; 5- par normal, Diseño Fig. 4. Troquelados típicos de rotor para motores de inducción de diseño NEMA A, B, C y D. I-Par normal, Diseño NEMAB; 2-rotor devanador; 3-alto par, bajo deslizamiento, NEMA Ao B.

Tabla 6. Par máximo de motores polifásicos de potencia integral continúa de rotor devanado

Par máximo, % de par de

plena carga

Hp Velocidad, r/min

1800 1200 900 1 250

1 ½ 250 2 275 275 250 3 275 275 250 5 275 275 250

7 1/2 275 250 225 10 275 250 225 15 250 225 225 20-200,

inclusive

225 225 225

Tomada de la norma NEMA Standard MG 1 -12.40. Tabla 7. Datos del secundario para motores de rotor devanado

HP Volts

secundarios*

Amperes máximos secundarios

1 90 6

1 1/2 110 7.3

2 120 8.4

3 145 10 5 140 19

7 1/2 165 23 10 195 26.5

15 240 32.5 20 265 38 25 220 60 30 240 65

40 250 75 50 280 84 60 300 92 75 235 146

100 275 170 125 305 190 150 340 207