Universidad Tecnolgica de Bolvar.

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Alternador Trifsico

Motor Trifsico

Motor Monofsico

Alternador Trifsico El alternador o generador trifsico es una maquinaelctrica que genera un campo magntico variable, quea su vez generar voltajes alternos inducidos en cadabobina separados en tiempo un tercio de vuelta, o loque es lo mismo 120 grados de giro. Hay dos tiposbsicos de alternadores: el tipo giratorio-armadura y eltipo de campo giratorio.

Fig 1. El alternador produce trestensiones de onda sinusoidal 120fuerade fase una con la otra.

Alternador Tipo Giratorio-ArmaduraEste tipo de alternador es el menos usado. Este alternadorutiliza una armadura similares a la de una mquina decorriente continua con la excepcin de que los bucles dealambre estn conectados a anillos colectores en lugar de a unconmutador . Tres devanados separados estn conectados, yasea en tringulo o en estrella.

Fig 2. Diseo bsico de una armadura de tres fases.

Fig 3. Los conductores de la armadura giran dentro de un campo magntico.

Alternador Trifsico de Campo Giratorio. Este tipo de generador utiliza un inducido fijo

llamado estator y un campo magntico giratorio .Este diseo permite niveles de tensin y potenciamas altos; debido a que el circuito exterior estconectada directamente al estator y no se enruta atravs de anillos colectores y escobillas. Como semuestra en la figura 4. Este tipo de alternador seconstruye mediante la colocacin de tres juegos dedevanados a 120 entre si.

Fig 4. Diseo bsico de un alternador trifsico.

Figura 5. Estator

El rotor es el elemento giratorio de la mquina. Seproporciona el magnetismo necesaria para inducir tensinen los devanados del estator. Los imanes del rotor sonelectroimanes y requieren una fuente de CC externa paraexcitar el alternador. Este DC es conocido como corrientede excitacin.

Figura 6. El rotor contiene piezas polares que se convierten en electroimanes.

El excitador sin escobillas La mayora de grandesalternadores usan un excitador que no contiene cepillos.Esto se logra mediante la adicin de un pequeoalternador independiente del tipo de armadura en elmismo eje del rotor del alternador ms grande.

Figura 7. El excitador sin escobillas utiliza electroimanes fijos.

refrigeracin del alternadorHay dos mtodos principales de alternadores de refrigeracin. Losalternadores de pequeo calificacin kilovoltios-amperios songeneralmente refrigerados por aire. Los espacios abiertos se dejan enlos devanados del estator, y las ranuras se proporcionan a menudo en elmaterial central para el paso de aire. Alternadores refrigerados por airetienen un ventilador conectado a un extremo del eje que hace circular elaire a travs de todo el conjunto.

Figura 8. Alternador de dos polos, enfriado por hidrgeno, movido por una turbina. (Cortesa de Center Point Energa).

frecuenciaLa frecuencia de salida de un alternador est determinada por dos factores:1. el nmero de polos del estator2. la velocidad de rotacin del rotor

f = frecuencia en Hertz Ps = numero de polos por fase

f = PS/120

frecuenciaEJEMOLO: Cual es la frecuencia de salida de un alternador que tiene 6 polos por fase y que gira a una velocidad de 1000 rpm?Solucin

f = (1000 rpm)(6)/120 = 50 Hz

f = PS/120

Voltaje de salidaTres factores determinan la cantidad de tensin de salida de unalternador:1. la longitud de los conductores de la armadura o del estator(nmero de vueltas)2. la fuerza del campo magntico del rotor3. la velocidad de rotacin del rotor

108 lneas de flujo equivalen a 1 weberE tensin inducida (en voltios)B densidad de flujo en gaussL longitud del conductor (en cm)v velocidad (en cm/s)

Alternadores paralelos Varias condiciones deben cumplirseantes de conectar u operar alternadores en paralelo:1. Las fases deben estar conectadas de tal manera que larotacin de fase de todos los equipos sea la misma.2. Las fases A, B, y C de una mquina deben estar en secuenciacon las fases A, B, y C de la otra mquina. Por ejemplo, la fase Adel alternador 1 debe alcanzar su valor de pico positivo de latensin, al mismo tiempo Fase A de alternador 2.3. La tensin de salida de los dos alternadores debe ser lamisma.4. La frecuencia debe serla misma.

Figura 9. Las tensiones de los dos alternadores deben estar

en fase entre s

MOTORES TRIFASICOS Los tres tipos bsicos de motores trifsicos son1. motor de induccin de jaula de ardilla2. motor de induccin de rotor bobinado3. motor sncrono

Estator de un motor trifsico

El campo magntico giratorioHay tres factores que hacen que el campo magntico gire. Estos son1. el hecho de que los voltajes en un sistema trifsico estndesfasados 120 uno del otro.2. el hecho de que las tres tensiones cambian de polaridad aintervalos regulares.3. la disposicin de los devanadosdel estator alrededor del interior del motor.

Figura 10. Estator trifsico y tres

tensiones sinusoidales.

Figura 11. El campo magntico se concentra entre los polos B1 y B2.

Figura 11. El campo magntico se concentra

entre los polos A1 y A2.

Motores Trifsicos Conexin doble-VoltajeMuchos de los motores trifsicos utilizados en la industria estndiseados para ser operados en dos tensiones, tales como 240voltios y 480 voltios. Los motores de este tipo, llamados motores dedoble voltaje.Motores de induccin de jaula de ardillaEl motor de induccin de jaula de ardilla recibe su nombre del tipode rotor utilizado en el motor. Un rotor de jaula de ardilla se realizamediante la conexin de barrasde dos anillos en los extremos.

Figura 12. Rotor de jaula de ardilla bsico sin laminaciones.

El motor de induccin de rotor bobinado es muy popular en laindustria debido a su alto par de arranque y baja corriente de arranque. Eldevanado del estator del motor de rotor bobinado es el mismo que el delmotor de jaula de ardilla.El motor sncrono trifsico tiene varias caractersticas que lo separande los otros tipos de motores trifsicos . Algunas de estas caractersticasson:1. El motor sncrono no es un motor de induccin. Este motor no dependede corriente inducida en el rotor para producir un par de torsin .2. El motor sncrono opera a una velocidad constante desde plena cargahasta la condicin de cero carga .3. El motor sncrono debe tener excitacin DC para el funcionamiento .4. Puede funcionar con la velocidad del campo magntico giratorio(velocidad sincrnica) .5. Tiene la capacidad para corregir su propio factor de potencia y el factorde potencia de otros dispositivos conectados a la misma lnea .

Motores selsynLa palabra selsyn es una contraccin derivada de autosncrona (self-synchronous). Los motores selsyn se utilizan para proporcionarinformacin de retroalimentacin angular en aplicacionesindustriales de control de posicin . Aunque los motores selsyn enrealidad operan en una sola fase AC, que no contiene devanadostrifsicos.

Figura 13. Motores selsyn

Figura 14. Smbolo esquemtico para un motor selsyn.

Motores monofsicos Hay muchos tipos diferentes de motores monofsicos, pero tambin tienen diferentes principios de funcionamiento.

Motores de fase dividida : se clasifican en tres categoras generales:

1. el motor de induccin con resistencia arranque

2. el motor de induccin con capacitor de arranque

3. el motor con condensador de arranque y condensador de marcha

El sistema de dos fasesEn algunas partes del mundo, se produce la energa en dos fases. Un sistema de dos fases es producido por tener un alternador con dos juegos de bobinas enrolladas 90 grados.

Figura 15 . alternador bifsico produce tensiones que son 90 fuera de fase uno con el otro.

bobinados del estatorEl estator de un motor de fase dividida contiene dosdevanados separados: el de arranque y el de marcha. Eldevanado de arranque se hace de alambre mas delgado y secoloca cerca de la parte superior del ncleo del estator.

Figura 16. Devanado del estator de un motor de induccin con resistencia de arranque. El devanado de arranque tiene alambre mucho mas delgado que el bobinado de marcha.

Figura 17.Devanado del estator de un motor con capacitor de arranque. El grosor del cable es el mismo para ambos devanado el de arranque y el de marcha.

Motor de induccin con resistencia de arranqueEl motor de induccin con resistencia de arranque recibe sunombre del hecho de que el desfase entre la corriente deldevanado arranque y el devanado de marcha es causada por labobina de arranque es ms resistiva que la bobina de marcha. Lacantidad de par de arranque producido por un motor de fasepartida est determinada por tres factores:1. Intensidad del campo magntico del estator2. Intensidad del campo magntico del rotor3. El desfase entre la corriente en el devanado de arranque y lacorriente en el devanado de marcha (el par mximo se producecuando estas dos corrientes estn desfasadas 90.)

Motor de induccin con resistencia de arranque

Figura 18. Corriente de marcha y corriente de arranque estn 35a 40 desfasadas

Motor de induccin con capacitor de marchaEl motor de induccin con capacitor de arranque es muy similaren construccin y funcionamiento al motor de induccin conresistencia de arranque. El motor de induccin con capacitor dearranque, sin embargo, tiene un condensador electroltico de CAconectado en serie con el interruptor centrfugo y el devanado dearranque.

Figura 19. Un condensador electroltico de CA est conectado en serie con el devanado de arranque.

Motores Bifsico de doble VoltajeMuchos motores de fase dividida estn diseados para funcionar con120 240 voltios. Este motor en particular contiene dos devanadosde marcha y dos devanados de arranque. Los terminales en labornera para motores monofsicos estn numerados de una maneraestndar.

Figura 20 .Bobinas para un motor de doble voltaje de fase dividida.

Motores Bifsico de doble Voltaje

Figura 20 A . Bobinas para un motor de fase dividida de doble voltaje, conectadas a la tensin ms alta

Figura 20 B . Bobinas para un motor de fase dividida de doble voltaje,

conectadas a la tensin ms baja

La determinacin del sentido de giro para motores con fasedividida El sentido de giro de un motor monofsico general, sepuede determinar cuando se conecta el motor. El sentido de giro sedetermina mirando por la parte posterior o trasera (culata) delmotor.

Figura 21 La determinacin de la direccin de rotacin de un motor de fase dividida

Aunque el motor con capacitor de arranque y de marcha es un motor defase dividida, funciona con un principio diferente al motor de induccin conresistencia de arranque o el motor de induccin con capacitor de arranque.El motor con capacitor de arranque y de marcha est diseado de unamanera tal que su devanado de arranque permanece energizado en todomomento suministrando una corriente en adelanto.

Figura 22 Un motor con capacitor de arranque y capacitor de marcha.

El condensador usado en este tipo de motor esgeneralmente del tipo de aceite, porque estprevisto para un uso continuo. Una excepcin aesta regla general es en pequeos motores depotencia fraccionaria utilizados en ventiladores detecho. Estos ventiladores tienen un consumo bajode corriente y utilizan un condensador electrolticode CA para ayudar a ahorrar espacio.

Aunque el motor con capacitor de arranque y de marcha

Figura 22 A. Un motor con capacitor de arranque y capacitor de marcha, con un capacitor de arranque adicional.

El motor de induccin de polos sombreados es popular debido a susimplicidad y larga vida. Este motor no contiene bobinas de arranqueo interruptor centrfugo. Contiene un rotor de jaula de ardilla y operasobre el principio de un campo magntico rotativo. El campomagntico giratorio es creado por una bobina arrollada en un ladode cada pieza del polo.

Figura 23. Un polo sombreado.

El motor de induccin de polos sombreadosLa bobina de sombra es en realidad un lazo de alambre de

cobre o una banda de cobre. Los dos extremos estn

conectados para formar un circuito cerrado. La bobina de

sombra acta de la misma manera que un transformador con

un devanado secundario en cortocircuito. Cuando la corriente

sinusoidal aumenta desde cero hacia su pico positivo, se crea

un campo magntico en la pieza polar. A medida que lneas

magnticas de flujo cortan la bobina de sombra, se induce una

tensin en la bobina de sombra. Debido a que la bobina es un

cortocircuito de baja resistencia, una gran cantidad de corriente

fluye en el bucle. Esta corriente provoca una oposicin al

cambio de flujo magntico. Mientras exista tensin inducida en

la bobina de sombra, habr una oposicin al cambio de flujo

magntico.

El motor de induccin de polos sombreados

La bobina de sombra es un

gran conductor de cobre

enrollado alrededor de un lado

de la pieza polar.

Motor de induccin de 4

polos sombreados.

Motores de velocidades mltiples se han utilizado durante muchosaos. Estos motores son generalmente de dos a cinco pasos develocidad , como por ejemplo los ventiladores y sopladores tipo jaulade ardilla .

Figura 24. Un motor de tres velocidades.

Motores de tipo repulsinHay tres tipos bsicos motores de repulsin:1. el motor de repulsin2. el motor de arranque por repulsin y marcha por induccin.3. el motor de repulsin-induccin.Cada uno de estos tres tipos tiene diferentes caractersticas defuncionamiento.Construccin de motores de repulsinUn motor de repulsin opera sobre el principio que al igual que lospolos magnticos se repelen entre s, no en el principio de uncampo magntico giratorio. El estator de un motor de repulsincontiene slo un bobinado muy similar al utilizado en el motor defase dividida. Los devanados estn conectados a un conmutador. Eldevanado de arranque no es necesario

Motores de tipo repulsin

La escobilla estn a 90 respecto a los polos.En esta posicin, se completa un circuito

entre las bobinas situadas en un ngulo

recto con los polos. En esta posicin, no

hay tensin inducida en las bobinas de la

armadura y el motor ni produce ningn par.

La escobilla estn a 0 respecto a los polos.En esta posicin, una corriente alta fluye a travs de las

bobinas situadas bajo las piezas polares. Esta corriente

produce un campo magntico de la misma polaridad que

la pieza polar. Como el campo magntico en la armadura

est a 0 respecto al campo magntico de la pieza polar,

ninguna fuerza de giro se desarrolla y la armadura no gira.

Motores de tipo repulsin

La escobilla estn a 15 respecto a los polos.La tensin inducida en el devanado de

armadura produce un campo magntico de la

misma polaridad que la pieza polar. El campo

magntico de la armadura es repelido por el

campo magntico de la pieza polar, y la

armadura gira en direccin horaria.

La escobilla estn a 15 antihorarios respecto a los polos.El campo magntico desarrollado en la armadura de nuevo

repele el campo magntico de la pieza polar, y la armadura

gira en sentido antihorario.

Motores de tipo repulsinLa direccin de rotacin de la armadura se determina por el ajustede las escobillas. El sentido de giro para cualquier tipo de motor derepulsin se cambia configurando las escobillas 15 a un lado u otrode las piezas polares. Motores de tipo repulsin tienen el par dearranque ms alto de cualquier motor monofsico. La velocidad deun motor de repulsin, que no debe confundirse con el motor deinduccin en marcha y repulsin en arranque o el motor derepulsin-induccin, se puede variar cambiando el voltaje de CA dealimentacin para el motor. El motor de repulsin tiene unexcelente par de arranque y marcha, pero puede exhibircaractersticas de velocidad inestables. El motor de repulsin puedeoperar a una velocidad muy alta si se opera sin carga mecnicaconectada al eje.

motores de induccin en marcha y repulsin en arranqueEl motor de induccin en marcha y repulsin en arranque seinicia como un motor de repulsin, pero funciona como unmotor de jaula de ardilla. Hay dos tipos de motores de induccincon repulsin

1. The brush-riding type2. The brush-lifting type

Figura 25. conmutador axial

Motores de Repulsin-InduccinEl motor de repulsin-induccin es bsicamente el mismo que el motor repulsin la excepcin es

que un conjunto de devanados de jaula de ardilla se aaden a la armadura . Este tipo de motor no

contiene ningn mecanismo centrfugo o dispositivo de cortocircuito. Las escobillas se montan

encima del conmutador en todo momento.

Figura 26 El motor de repulsin-induccin posee una armadura y un bobinado de jaula de

ardilla

Motores de Repulsin-InduccinEl motor de repulsin-induccin tiene un alto par de arranque, ya que comienza como un motor de

repulsin. El devanado de jaula de ardilla, sin embargo, le da mucha mejores caractersticas de

velocidad que un motor estndar de repulsin.

Figura 26 Esquemtico de un motor de repulsin-

induccin

Motores sncronos monofsicosMotores sncronos monofsicos son pequeas y slo se fabricanpara potencia fraccionadas . Operan con el principio de un campomagntico giratorio desarrollado por un estator de polos. A pesarde que funcionan a la velocidad sncrona, que no requieren deexcitacin DC.

Motores paso a paso son dispositivos que convierten losimpulsos elctricos en movimiento mecnico. Los motores paso apaso se diferencian de otros tipos de motores de CC o de CA en quesu eje de salida se mueve a travs de una rotacin angularespecfica cada vez que el motor recibe un pulso.

Motores paso a pasoLos motores paso a paso se pueden operar en tensin alterna. En este modo deoperacin, se convierten en motores de velocidad constante, dos fases,sncronos, y se clasifican como motores de induccin de imn permanente. Tengaen cuenta que este motor no tiene escobillas, anillos colectores, colector,engranajes.

Los cojinetes mantienen un espacio de aireconstante entre el rotor de imn permanente ylos devanados del estator. Un motor tpico pasoa paso de ocho polos en el estator tendr unavelocidad de sincronismo de 72 rpm cuando seconecta a una lnea elctrica de CA de 60 Hertz,de dos fases.Una red resistiva-capacitiva se puede utilizarpara proporcionar el cambio de fase de 90 paracambiar de una sola fase de CA en dos fases decorriente alterna.

Motores universalesEl motor universal es un motor de CA. Este motor es muy similar a un motor decorriente continua en su construccin puesto que contiene una armadura conescobillas .El motor universal, sin embargo, tiene la adicin de un devanado decompensacin. Si un motor serie de CC est conectado a la CA, el motor funcionamal por varias razones: Las bobinas de la armadura tienen una gran cantidad de reactancia inductiva cuando seconecta a la CA. Otra razn para la mala operacin es que los polos campo de la mayora delas mquinas de corriente continua contienen piezas polares de metal slido. Si el campo est conectado a AC, una gran cantidad de energa que se pierde con Eddyinduccin de corriente en las piezas polares. Los motores universales contienen un ncleolaminado para ayudar a prevenir este problema. El devanado de compensacin se enrolla alrededor del estator y las funciones paracontrarrestar la reactancia inductiva en el devanado de inducido.El motor universal se llama as porque se puede operar con voltaje AC o DC. Cuando elmotor se hace funcionar con corriente continua, el devanado de compensacin estconectado en serie con el devanado de campo serie (ver Figura).

Motores universales

Figura 27a. Armadura y escobillas de un motor

universal.

Figura 27b. El devanado de compensacin

est conectado en serie con el devanado

de campo serie.

Conexin del devanado de compensacin para ACCuando el motor universal es operado con alimentacin de CA, eldevanado de compensacin puede conectarse de dos maneras. Siest conectado en serie con la armadura como se muestra en lafigura 28, que se conoce como compensacin conductora. Eldevanado de compensacin tambin se puede conectar por uncortocircuito en sus cables juntos como se muestra en la figura 29.Cuando se conecta de esta manera, los actos de bobinado como uncortocircuito secundario de un transformador. Permisos corrienteinducida devanado para funcionar conectado de esta manera. Estaconexin se conoce como compensacin inductiva. La compensacininductiva no puede ser utilizado cuando el motor est conectado aDC.

Figura 28, compensacin

conductiva

Figura 29, compensacin inductiva

Referencias

DELMARS STANDARD TEXTBOOK OF ELECTRICUTY FOURTH

EDITION , STEPHEN L. HERMAN

Seccion IIX maquinas AC