MQUINAS ELCTRICAS
MONOFSICAS
ML 244
Gregorio Aguilar Robles
5 de diciembre de 2014
INTRODUCCIN
La mayora de los hogares y pequeos negocios
no tienen energa trifsica disponible. Para tales
lugares, todos los motores deben operar con fuente
de potencia monofsica.
El problema de una fase, como fuente de potencia
para motores, es que no permite por s misma
producir un campo magntico giratorio. Varios
artificios se han desarrollado para suprimir esta
dificultad produciendo motores con caractersticas
especficas, convenientes para cierto campo de
usos.
APLICACIONES
Accionan mquinas, lavadoras, bombas, ventiladores,
relojes, compresores para acondicionamiento de aire y
refrigeracin, mquinas de coser, herramientas
manuales, etc.
ESTATOR
ROTOR JAULA DE ARDILLA
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Los motores monofsicos de induccin experimentan
una grave desventaja, puesto que solo hay una fase
en el devanado del estator, el campo magntico en un
motor monofsico de induccin no rota.
Es decir, con un bobinado monofsico, se obtiene
un campo magntico alterno.
Puesto que no hay campo magntico rotacional en
el estator, un motor monofsico de induccin no
tiene par de arranque.
Sabemos que la ecuacin de un campo
magntico alterno tiene la forma de:
B = Bmax Cos wt Cos q
ttt qqq cos*2
1cos*
2
1cos.cos
Sabemos por trigonometra que:
Reemplazando en la ecuacin de B, tendremos:
)wt(CosB2
1)wt(CosB
2
1B maxmax qq
El objetivo es lograr que
uno de los 2 campos
magnticos giratorios sea
ms fuerte que el otro en el
motor y en consecuencia,
dar a este un apoyo inicialen una u otra direccin.
CURVA TORQUE - DESLIZAMIENTO
En su estructura los motores monofsicos deinduccin se parecen a los motores de jaulade ardilla, salvo por el arreglo de losdevanados del estator.
ARRANQUE DE MOTORES DE
INDUCCIN MONOFSICOS
Como ya sabemos un motor monofsico de
induccin no tiene par de arranque intrnseco.
Existen diversas tcnicas, que se clasifican
de acuerdo con el mtodo utilizado para
producir el par de arranque.
CLASIFICACIN
a) Motores de fase partida
b) Motor con condensador de
arranque
c) Motores con condensador
permanente
d) Motores con doble
condensador
e) Polos estatricos sombreados
MOTORES DE FASE PARTIDA
Estos motores poseen dos devanados de estator
uno principal o de funcionamiento y otro auxiliar
o de arranque.
Ambos devanados del estator
tienen sus ejes dispuestos a 90
elctricos entre s.
Adems debemos destacar que:
El arrollamiento P (Principal) posee una
resistencia baja y una reactancia alta.
El arrollamiento A (Auxiliar) posee unaresistencia alta y una reactancia baja.
RAntoArrollamie
XPntoArrollamie
Como consecuencia de lo anterior se produce
un desfasaje entre las corrientes, tal como se
indica en el diagrama fasorial.
Dado que la corriente auxiliar esta adelantadarespecto a la principal, el campo del estatoralcanza su mximo primeramente segn el ejedel devanado auxiliar y luego segn el ejeprincipal.
Una vez arrancado el motor se desconecta el
devanado auxiliar, a travs del interruptor
centrfugo, generalmente cerca al 75% de la
velocidad sncrona.
Fueron estos los primeros motores monofsicosusados en la industria y que todava perduran.
Se usan en mquinas, bombas, ventiladores,lavadoras y una gran cantidad de otras aplicaciones.
Se fabrican en potencias de 1/30 (25 W) a 1/2 HP(373W).
El devanado auxiliar
logra que uno de los
campos sea mayor
que el otro y provee un
par de arranque neto
para el motor.
Los motores de fase
partida poseen un
par de arranque
moderado.
MOTOR CON CONDENSADOR
EN EL ARRANQUE
En algunas aplicaciones
el par de arranque es
insuficiente para arrancar
una carga sobre el eje del
motor.
En esos casos, se pueden
utilizar motores con
arranque por capacitor.
El motor con condensador para la marcha es en el
fondo un motor de fase partida, pero en el cual el
desfasaje entre las corrientes auxiliar y principal se
consigue mediante un condensador en serie con el
devanado auxiliar tal como se aprecia.
Esta condicin produce un campo magntico
giratorio en el estator, el cual a su vez induce una
corriente en el devanado del rotor efectuando la
rotacin.
La corriente que es liberada por el capacitordurante el arranque hace que el par de arranquede estos motores sea dos veces mayor que unode fase partida sin capacitor.
PEl par de arranque de un motor de fase partida con
capacitor es producido por un campo magntico
giratorio dentro del motor. Este campo relocaliza el
devanado de arranque 90 grados elctricos
desfasados con respecto al bobinado de trabajo, lo
que hace que la corriente en el devanado de
arranque se adelante a la del devanado de trabajo.
El par de arranque del motor puedesobrepasar 300% de su valornominal.
Los motores con arranque
por capacitor son ms
costosos que los de fase
partida y se utilizan en
aplicaciones en las cuales se
requiere un alto par de
arranque. Aplicaciones
tpicas de estos motores son
los compresores, bombas,
equipos de aire
acondicionado, y otros
equipos que deban arrancar
con carga.
DESPIECE DEL MOTOR CON ARRANQUE
POR CAPACITOR
MOTORES CON CONDENSADOR
PERMANENTE
En este tipo de motores, no se desconecta el
devanado auxiliar despus de arrancado el
motor, con ello se simplifica la construccin al
prescindir del interruptor centrfugo y se mejora
el factor de potencia y el rendimiento.
En estos motores el devanado de trabajo y arranque
tienen un capacitor en serie.
Este mtodo evita el uso de interruptor de arranque
pero el par es menor en el arranque y el trabajo.
El capacitor mejora la caracterstica par-velocidadde un motor de induccin, si este se escogeadecuadamente tal motor tendr un campomagntico rotacional uniforme y se comporta comoun motor trifsico de induccin.
Los motores de capacitor dividido
permanentemente tienen par de
arranque menor que los motores de
arranque por capacitor.
MOTORES CON DOBLE CONDENSADOR
Si se requiere un par de arranque lo ms alto
posible y las mejores condiciones de
operacin, se pueden utilizar dos capacitores
con el devanado auxiliar. Los motores con 2
capacitores se llaman motores de capacitor de
arranque, capacitor de marcha o capacitorstar-capacitor run.
El capacitor mayor esta presente en el circuito
durante el arranque (star) cuando asegura que
las corrientes en los devanados principal y
auxiliar estn casi balanceadas.
Cuando el motor ha alcanzado velocidad el
interruptor centrfugo se abre y el capacitor
permanente se deja solo en el circuito con el
devanado auxiliar.
El capacitor permanente es suficientemente grande
para balancear las corrientes para cargas normales
del motor de modo que este opera con alto par y
alto factor de potencia.
APLICACIN DE LAS
CARACTERSTICAS DEL MOTOR
POLIFSICO AL MOTOR
MONOFSICO
Se ha visto anteriormente que el flujo principal del
motor de induccin polifsico es un flujo giratorio y
el flujo principal de un motor monofsico en un flujo
alterno, fijo en el espacio.
Sabemos que la fuerza magnetomotriz alterna esta
dada por la ecuacin:
q cos.cos.max1 tFF
Esto es la ecuacin de la fuerza magnetomotriz
alterna si aplicamos trigonometra:
obtendremos:
Esto es la fem alterna puede ser reemplazada
por 2 fuerzas magnetomotrices giratorias que
viajan en direcciones opuestas y cada una tiene
una amplitud igual a la mitad de la fuerza
magnetomotriz alterna.
ttt qqq cos*2
1cos*
2
1cos.cos
tFtFF qq cos.*2
1cos.*
2
1maxmax1
A esta fmm giratoria corresponden 2 flujos que
giran en direcciones opuestas cada una con
velocidad sncrona. Al flujo giratorio que viaja en la
misma direccin de rotacin que el rotor se le
conoce con el nombre de flujo giratorio adelantado
(forward) mientras que al flujo giratorio que viaja
en direccin opuesta al rotor se le conoce como
flujo giratorio atrasado (reverse o back), lo cual
mostramos en el siguiente grfico:
DESLIZAMIENTO
Sea n rpm la velocidad del rotor, entonces deacuerdo con la definicin del deslizamiento s,eldeslizamiento del rotor con respecto al flujogiratorio adelantado:
Ya que el flujo giratorio atrasado funciona opuesto
al rotor, el deslizamiento sb del rotor con respecto
a este flujo giratorio atrasado:
ss
sf
n
n
n
nns
1
s
s
s
sb
n
nn
n
nns
Tambin:
f
s
b
sss
sb
sn
ns
n
n
n
n
n
nns
212
12111
BBB
FFF
jXRZ
jXRZ
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR
MONOFSICO
FLUJO DE POTENCIA EN EL
MOTOR MONOFSICO
POTENCIA EN EL ENTREHIERRO
a) Campo magntico en adelanto
b) Campo magntico en atraso
Potencia total en el entrehierro
2
1**5.0 IRP FgF
2
1**5.0 IRP BgB
gBgFg PPP
Par producido o par indicado:
Prdidas en el cobre del rotor:
s
g
ind
PT
BPcuFPcuPcu 222
FPsFPcu gf *2
FPsBPcu gf *)2(2
Potencia convertida:
sindrind TsTPconv **)1(*
sindg TP
luego
.
gPsPconv )1(
Nota:
debido a que no se han considerado las prdidas en elncleo para hallar la potencia de salida se debe restar ala potencia convertida otras prdidas que son:
Adems:
admecnucleoconvsalida PPPPP
100*
:
entrada
salida
P
P
Eficiencia
FLUJO DE POTENCIA EN UN MOTOR
MONOFSICO
FIN DEL CURSO
GRACIAS