los motores eléctricos; Clasificación, en base a los tipos y funciones de estos.

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Resumen

Hay una gran gama de motores eléctricos destinado para aplicaciones especificas o bien, en forma general juegan un papel muy importante en la vida cotidiana, en diferentes aspectos relacionados con el tratamiento de estos mismos. La clasificación empieza por los tipos de motores eléctricos que existen hoy de acuerdo con la energía que funcionan, como es el caso, en los motores de corriente continua podemos encontrar los motores, shunt, en serie y en compound estos funcionan mediante un generador trabajando en régimen inverso; El sentido de la corriente en la espira del rotor inverte en cada semiperíodo, al cruzar el conductor activo la línea neutra.

En el caso de los motores de corriente alterna, están : los llamados trifásicos, asincrónicos de rotor bobinado, de jaula de ardilla, sincrónicos que funcionan directamente de las líneas trifásicas, debido a que el estator de estos produce un campo magnético rotatorio.

Los motores sincronicos es contrario a los motores asíncronos ya que la velocidad del rotor esta en sincronía con la velocidad del campo rotatorio, es decir están iguales o aproximadamente iguales.

Los monofásicos Se utilizan en potencias bajas, inferiores a 5 HP en general. Estos motores funcionan con una sola fase, es decir, con una sola bobina de trabajo distribuida equitativamente en la periferia del motor.

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Indice

Sección Descripción Página

Resumen 3

1 índice 4

2 Introducción 5

3 Tipos de motores eléctricos 6

3.1 Motores eléctricos de corriente continua 6

3.1.1 Que es un motor de corriente continua 7

3.1.2 Funcionamiento motor de corriente continua 7

3.1.3 Velocidad variable 7

3.1.4 Partes estructurales 8

3.1.5 Conexionado del embobinado 8

3.1.6 Características de los motores de CC 9

3.2 Motores eléctricos trifásicos de corriente alterna 9

3.2.1 Motores Asincrónicos o de inducción 9

3.2.1.1 Motor de Jaula de Ardilla 10

3.2.1.2 Motor de Rotor bobinado 10

3.2.1.3 Principio de funcionamiento de los motores trifásicos de inducción 11

3.2.1.4 Circuito equivalente del motor de inducción 11

3.2.1.5 Estructura de los motores trifásicos Asíncronos 12

3.2.1.6 Deslizamiento 12

3.2.1.7 Frecuencia del rotor 13

3.2.1.8 Corriente, impedancia y factor de potencia 14

3.2.1.9 Potencia y par desarrollado por el motor 15

3.3 Motores Sincrónicos 15

3.3.1 Características del motor sincrónico 15

3.3.2 Principio de funcionamiento en motores síncronos 16

3.4 Motores Monofásico 16

4 Fallas de los motores eléctricos 17

5 Conclusiones 19

6 bibliografías

7 Anexos

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2. Introducción

Desde la antigüedad, el hombre en su camino hacia el desarrollo ha ido creando los mecanismos que le permitan avanzar a estados superiores de mejor calidad de vida y facilitación en la obtención de los productos terminados de una forma más ágil, segura y económica, en todos los niveles de su cotidianidad, tanto en lo doméstico, social, salud, diversión, transporte e industrial.

En ese vertiginoso camino del progreso tecnológico, la energía o el combustible en sus diversas manifestaciones ha sido el factor de mayor importancia en los procesos, porque le ha permitido desarrollar máquinas, equipos y dispositivos diseñados para todas las aplicaciones, desde micro motores en un sistema informático hasta gigantescas máquinas como una nave espacial.

De las máquinas desarrolladas en los últimos tiempos es acertado mencionar a los motores eléctricos, estos son dispositivos de una gran versatilidad y aplicación infinita ya que su accionar más común es por medio de la energía eléctrica y que su diseño y construcción no ha tenido límites de tamaño, forma y potencia.

En esta monografía se trata el tema de los motores eléctricos, los tipos, clasificación y aplicaciones, que pueda servir como conocimiento general y tema de estudio en la materia de Máquinas Eléctricas.

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MOTORES ELÉCTRICOS

3. TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS

3.1) MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA.

3.1.1) Que es un motor de corriente continua

Un motor de corriente continua consiste esencialmente en un generador trabajando en régimen inverso, es decir, se conecta a una tensión V que da lugar al paso de una corriente I por el inducido y como consecuencia se produce un par electromagnético CE que hace girar el rotor, cuyo giro produce a su vez una fcem (fuerza contra electromotriz) E opuesta a la tensión V.

El sentido de la corriente en la espira del rotor invierte en cada semiperíodo, al cruzar el conductor activo la línea neutra. Esto se consigue mediante un cambio de escobilla en contacto con el colector

3.1.2) Funcionamiento motor de corriente continua

Cuando la corriente pasa a través del embobinado del rotor, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y el rotor gira. La acción del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores. La revolución del rotor induce un voltaje en las bobinas de éste. Este voltaje es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica al rotor, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contra electromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover el rotor. Bajo carga, el rotor gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en el rotor. El motor puede así recibir más potencia eléctrica de la fuente, suministrándola y haciendo más trabajo mecánico.

Las escobillas (carbones) cierran el circuito de la fuente con las dos delgas y la espira conectada a ellas, de esta forma circula corriente por las dos espiras, como esto ocurre dentro de un campo magnético, aparecen fuerzas sobre las espiras y el rotor empieza a girar.

3.1.3) Características de los motores de CC

La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Esto, junto a una serie de características peculiares de los motores de corriente continua, y de aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre otros, hacen que existen diversas instalaciones que trabajan basándose en la corriente continua.

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Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas que transforman la energía mecánica en eléctrica. No existe diferencia real entre un generador y un motor, a excepción del sentido de flujo de potencia. Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee el flujo de campo, y éstos son de excitación independiente, derivación, serie, excitación compuesta acumulativa y compuesta diferencial, y además difieren de sus características terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilización.

Observación: como no existe corriente continua industrial es necesario transformar la corriente alterna en continua, esto se consigue con los rectificadores y dentro de estos, para regular la velocidad de los motores de CC se utilizan rectificadores controlados de Silicio SCR (Sílice control rectificator) a los cuales se les puede regular la salida de voltaje a voluntad mediante circuitos electrónicos de control basados en transistores, diodos y componentes electrónicos.

3.2) MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA

3.2.1) Motores Asincrónicos o de inducción

Este tipo de motor es el más utilizado por ser el más fácil de arrancar y el más económico. Consiste en un mecanismo al cual se aplica energía eléctrica en forma de un conjunto de corrientes trifásicas y se convierte en energía mecánica bajo la forma de un movimiento giratorio de velocidad ligeramente variable con la carga. El estator está constituido por un núcleo de hierro laminado en cuyo interior existen tres arrollamientos o bobinas, uno por cada fase, colocados simétricamente formando ángulos de 120º entre ellas.

El motor de corriente alterna trifásicos funcionan directamente de las líneas trifásicas, debido a que el estator de estos (donde se conectan las líneas trifásicas) se produce un campo magnético rotatorio, el cual crea en el inducido otro campo magnético (por inducción electromagnética) que trata de seguir el campo rotatorio, pero nunca lo podrá alcanzar debido a que de ser así no se inducirían corrientes ya que no habría diferencia entre ambas velocidades.

La velocidad de giro del campo rotatorio del motor se mide en revoluciones por minuto (RPM) y cumple con la siguiente fórmula:

Ns = 120 f /P

Donde: f = frecuencia de la red eléctrica en ciclos por segundo (hertz),

P = número de polos del motor

Ns = velocidad del campo rotatorio del motor en revoluciones por minuto (RPM), “ojo” esta no es la velocidad de giro del rotor

Este tipo de motores se denominan asincrónicos y su característica principal es un parámetro llamado deslizamiento que corresponde a:

S = deslizamiento

NS = velocidad del campo rotatorio

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NR = Velocidad del rotor

Si la velocidad del campo fuese igual a la del rotor no se producirían corrientes inducidas en este (rotor) debido a que no existirían cortes de líneas de fuerza, que es lo que produce el voltaje inducido en el rotor.

Existen dos tipos de motores de inducción o asincrónicos de acuerdo al tipo de rotor y son:

3.2.1.1) Motor de Jaula de Ardilla

Es el más común, consiste en un núcleo de hierro laminado, en cuya periferia se efectúan ranuras donde se colocan conductores o barras de cobre, que se ponen en cortocircuito en sus extremos soldándolas a anillos de cobre.

Debido a que este tipo de motor no tiene bobinas en el rotor no es necesario extraer energía eléctrica de él y por lo tanto no posee colector y escobillas o anillos rozantes, como sucede con los motores de corriente continua y los motores sincrónicos respectivamente. Al no tener colectores ni escobillas, etc. son muy simples y están prácticamente libres de fallas. Funcionan a velocidad prácticamente constante y se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como, por ejemplo: compresores, ventiladores, bombas, maquinas herramientas, etc. figura 5 y 6

3.2.1.2) Motor de Rotor bobinado

El motor de jaula de ardilla tiene el inconveniente de que la resistencia del inducido es invariable, lo que lo hace poco adecuado para situaciones donde se requiere realizar alguna variación de su velocidad. Es decir, a este tipo de motor no se le puede regular la velocidad durante la marcha.

En estos casos se utiliza el motor de rotor bobinado que, está constituido por un bobinado trifásico en el rotor similar al del estator, cuyos arrollamientos aislados terminan en anillos (delga) rozantes que se conectan por medio de escobillas a un dispositivo de control.

Este dispositivo permite:

• Aumentar la cúpula de arranque.

• Variar la velocidad del motor en marcha.

Estas características los hacen útiles para aplicaciones en máquinas de gran inercia inicial y variación de velocidad, como grúas, elevadores, mecanismos pesados, etc.

3.2.1.4) Circuito equivalente del motor de inducción

Se basan en el mismo principio que el transformador y su circuito equivalente es semejante al de éste, pero considerando el estator como el primario y el rotor como secundario.

El rotor del motor de inducción siempre girará a una velocidad inferior a la velocidad síncrona del campo rotatorio, debido a que de ese modo las bobinas del rotor (o las barras si es de rotor jaula de ardilla) cortarán líneas de fuerza del campo del estator e inducirán voltajes en ellas.

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Estas bobinas (o las barras) al estar cerradas (en cortocircuito) producirán las corrientes inducidas las cuales producirán el campo magnético en el rotor que permite su rotación

Siguiendo al campo magnético rotatorio, pero sin alcanzarlo, ya que al hacerlo dejará de inducirse voltajes en los bobinas del rotor y por lo tanto no existirán corrientes inducidas ni campo magnético, en el rotor y el motor no podrá girar.

El circuito equivalente del motor de inducción por fase es:

Al igual que en el transformador los parámetros R y X son:

R1: resistencia de las bobinas de estator (primario)

X1: reactancia de las bobinas del estator (primario)

R2: resistencia de las bobinas del rotor

X2: reactancia de las bobinas del rotor (para rotor devanado) o barras de la jaula

XΦ: reactancia de magnetización (equivalente a Xm en el transformador) El parámetro R2/S representa la resistencia equivalente de la potencia activo entregada por el rotor al eje (carga) y depende del deslizamiento S.

Para determinar la resistencia del primario se utiliza el siguiente circuito y se mide la corriente y el voltaje mediante una batería de corriente continua. Con eso valores se calcula la resistencia mediante la Ley de Ohm

3.2.1.5) Estructura de los motores trifásicos Asíncronos

El estator o inductor está formado por un cilindro de planchas de hierro ranurado en su cara interior, de forma que en el interior de las ranuras se coloquen las bobinas inductoras.

Las bobinas inductoras se conectan a los bornes de salida que suelen ser seis: dos por bobina. Los bornes se designan como U, V, W a las entradas de las bobinas y X, Y, Z a las salidas.

Según como se conecten esos bornes exteriormente, se puede lograr una conexión en estrella o en triángulo de las bobinas inductoras de los motores asíncronos.

Conexión estrella ó ye (Y):

Conexión triángulo ó Delta (Δ):

Conocida la relación existente entre las tensiones de línea y de fase en cada tipo de conexión, se puede comprender que, cuando se dan dos tensiones de funcionamiento en los motores trifásicos, la menor de ellas corresponde a la máxima tensión que pueden soportar las bobinas (conectadas en triángulo) y la otra es la tensión a la que se podrían conectar en estrella.

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3.3.1) Características Motor Sincrónico

Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Por ejemplo si la fuente es de 60 hz, y el motor es de dos polos, girará a 3600 RPM; si es de cuatro polos girará a 1800 RPM y así sucesivamente. Este motor o gira a la velocidad constante dada por la fuente o, si la carga es excesiva, se detiene.

El motor síncrono es utilizado en aquellos casos en que los que se desea velocidad constante. En nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas con sistemas de regulación y control, mas no con la transmisión de potencias elevadas.

Como curiosidad vale la pena mencionar que el motor síncrono, al igual que el motor de corriente continua, precisa de un campo magnético que posibilite la transformación de energía eléctrica recibida en su armadura, en energía mecánica entregada a través del eje.

3.3.2) Principio de funcionamiento en motores síncronos

En los motores síncronos la velocidad de giro depende únicamente de la frecuencia de la tensión que alimenta el inducido. Para poder variar esta precisión, el control de velocidad se realiza mediante un convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de pérdida de sincronismo se utiliza un sensor de posición continuo, que detecta la posición del rotor y permite mantener en todo momento el ángulo que forman los campos del estator y rotor. Este método de control se conoce como auto síncrono o auto pilotado.

El motor síncrono auto pilotado excitado con un imán permanente, también llamado motor senoidal, no presenta problemas de mantenimiento, debido a que no posee escobillas y tiene una gran capacidad de disipación de calor, ya que los devanados están en contacto directo con la carcasa. El control de posición se puede realizar sin la utilización de un sensor adicional, aprovechando el detector de posición del rotor, que posee el propio motor. Además, permite desarrollar, a igualdad de peso, una potencia mayor que el motor de corriente continua.

3.4) Motores Monofásicos

Se utilizan en potencias bajas, inferiores a 5 HP en general. Estos motores funcionan con una sola fase, es decir, con una sola bobina de trabajo distribuida equitativamente en la periferia del motor.

Debido a que como tiene una sola fase no existe campo magnético rotatorio y por lo tanto el motor no gira al conectar la energía, de manera que este tipo de motor necesita una bobina de arranque, la cual solo se va a utilizar en el momento de arranque y una vez que el motor haya arrancado, se debe desconectar o de lo contrario se quemaría.

Además, es necesario que en esta bobina la corriente este desfasada con respecto a la de trabajo para que se pueda producir el torque de arranque necesario. Esto se logra conectando un condensador en serie con la bobina de arranque, para que el motor pueda tener el torque

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suficiente para arrancar. Existen ciertos motores pequeños que no requieren condensador, pero esos se usan con cargas muy pequeñas.

Conclusiones

Las diferentes clasificaciones de motores y sus funciones, nos permiten llegar a comprender como y para que fueron creados, los tipos de motores que existen en relación con diferentes utilidades brindan a un sin número de propósitos con la industria y la vida cotidiana; estos son de suma importancia en la actualidad, ya que se deben tomar en cuenta todas las fallas que se presentan para el correcto funcionamiento de los mismos.

Un motor cuando trabaja por encima de sus valores nominales, va disminuyendo su periodo de vida; esto nos lleva a concluir que si no se realiza un buen plan de mantenimiento el motor no durará mucho.

4) Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos20/fallas-motores/fallas-motores.shtml#aplicac

http://www.wikiciencia.org/electronica/electricidad/motores-cc/index.php

Internet: http://www.tuveras.com/maquinascc/motor/excitacionmotor.htm

Internet: http://www.scribd.com/doc/15976971/Generadores-de-Corriente-Continua

5) Anexos

Esquema de un motor de Corriente Continua

Figura Nº 1

http://acdcmotorygenerador.blogspot.com/2009/05/partes-motor-corriente-alterna.html

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Motor excitación independiente

figura Nº2

http://electrica.uc3m.es/Maquinas/Material/maq_lab.htm

Motor excitación Paralelo ó Derivación (Motor Shunt)

figura Nº 3

http://www.tuveras.com/maquinascc/motor/excitacionmotor.htm

Motor Excitación Serie

figura Nº 4

http://www.tuveras.com/maquinascc/motor/excitacionmotor.htm

Jaula de Ardilla

figura Nº 5

http://www.directindustry.es/prod/menzel-elektromotoren-gmbh/motores-electricos-asincronos-trifasicos-de-jaula-de-ardilla-58477-379725.html

Partes del Motor de Jaula de Ardilla

figura Nº 6

http://achu-camilo.blogspot.com/

Partes del Motor de rotor bobinado

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figura Nº 7

http://www.airsoftmalaga.es/foro/phpBB3/viewtopic.php?f=5&t=1876

Circuito equivalente del motor de inducción

figura Nº 8

http://html.rincondelvago.com/maquinas-sincronicas.html

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