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Manualdemotoreselectricoscomplet 130512210208-phpapp02

Casi G Morales, profile picture
Casi G Morales

El documento presenta información sobre motores eléctricos. Explica los principios básicos de funcionamiento de los motores eléctricos, incluyendo los principios de inducción electromagnética y las fuerzas de atracción y repulsión entre polos magnéticos. También describe los diferentes tipos de motores eléctricos como motores de corriente continua, motores de corriente alterna monofásicos y trifásicos, e incluye detalles sobre sus partes y aplicaciones.

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1 Manual motores eléctricos
2 Objetivos  Aprender los principios básicos de los motores eléctricos.  Aplicar la teoría a los usos cotidianos de los motores eléctricos.  Reconocer los diferentes tipos de motores eléctricos  Con los contenidos de este manual, usted adquirirá los conocimientos requeridos para instalar y proveer mantenimiento a motores eléctricos trifásicos, de acuerdo a normas internacionales de calidad. Requisitos previos El participante deberá tener conocimientos básicos de electricidad y todos los instrumentos que se utilizan en el área además de tener los conocimientos básicos de seguridad en electricidad ya que se trabajara con un voltaje mayor que se utiliza en sus hogares. Resumen: En la presente monografía se presentan los motores paso a paso, con una breve introducción, el campo de aplicación y el principio de funcionamiento NORMALIZACIÓN El instituto encargado de preparar, revisar y analizar las normas técnicas en la fabricación de motores eléctricos a nivel internacional es la Comisión Electrotécnica Internacional (I.E.C.), con sede en Suiza, y en los Estados Unidos de Norte América lo hace la Asociación de Fabricantes Eléctricos Nacionales (NEMA). A nivel mundial los fabricantes de motores adoptan las normas de marcación de terminales de acuerdo con la normalización vigente en su respectivo país, derivadas principalmente de las normativas I.E.C. y NEMA. . Destacándose que en los motores fabricados bajo norma NEMA sus cables de conexión son marcados con números desde el 1 al 12 y los fabricados bajo norma IEC tienen una marcación que combina las letras U, V, W y los números desde el 1 hasta el 6. Los diseños incluyen las tensiones a las cuales podrán ser energizados y cada norma en particular realiza su marcación de terminales de conexión. La gran mayoría de fabricantes diseñan los motores con bobinados para operar a dos (2) Tensiones de servicio, destacándose que los Motores NEMA tienen una relación de conexionado de 1 :2, es decir que una tensión es el doble de la otra. Ej. 230/460 V y en los Motores IEC se presenta un diseño con una relación de 1:1,732, Ej. 220/380 V. Existen diseños en los cuales esto no se cumple y se fabrican motores para operar a un sólo voltaje y con una sola conexión.
3 Índice Tabla de contenido.............................................................................................................................. 3 Electricidad.......................................................................................................................................... 7 Voltaje ................................................................................................................................................. 9 Amperaje........................................................................................................................................... 10 Motores Eléctricos ............................................................................................................................ 12 Principio de funcionamiento............................................................................................................. 13 Ventajas y clasificación...................................................................................................................... 14 Clasificación....................................................................................................................................... 15 Clasificación de Motores de corriente continúa .............................................................................. 16 Sentido de giro .................................................................................................................................. 17 Pérdidas y eficiencia.......................................................................................................................... 18 Aplicación.......................................................................................................................................... 19 Características de instalación............................................................................................................ 20 Condiciones de alimentación ............................................................................................................ 20 Par ..................................................................................................................................................... 21 Potencia............................................................................................................................................. 22 Revoluciones ..................................................................................................................................... 24 Pares de polos................................................................................................................................... 24 Rendimiento...................................................................................................................................... 26 Tensión de servicio............................................................................................................................ 27 Frecuencia de red (HZ)...................................................................................................................... 27 Corriente de arranque....................................................................................................................... 29 Ruido ................................................................................................................................................. 31 Ventilador.......................................................................................................................................... 32 Ruido propagado por el aire y por la estructura............................................................................... 32 Ruido propagado por el aire ............................................................................................................. 32 Ruido propagado por la estructura................................................................................................... 33 Motores de bajo ruido ...................................................................................................................... 33 Nivel de presión sonora y nivel de potencia sonora......................................................................... 33 Filtros de medición............................................................................................................................ 34 El factor de potencia ......................................................................................................................... 35
4 Factor de potencia en Sistema monofásico y sistema trifásico. ....................................................... 35 La potencia efectiva o real (Activa)................................................................................................... 35 La potencia reactiva Q....................................................................................................................... 36 La potencia aparente o total S ......................................................................................................... 36 ¿Por qué existe bajo factor de potencia? ......................................................................................... 38 Corrector de Factor de Potencia CFP ................................................................................................ 38 Consecuencias de un Factor de Potencia alto.................................................................................. 39 Problemas técnicos: .......................................................................................................................... 39 Beneficios económicos:..................................................................................................................... 39 Identificación de la placa de un motor.............................................................................................. 43 Tipos de motores CD......................................................................................................................... 51 Tipos de motores eléctricos.............................................................................................................. 51 Partes fundamentales de un motor CA............................................................................................. 52 Motores CD ....................................................................................................................................... 53 Generadores de corriente directa CD. .............................................................................................. 55 Clasificación de generadores de corriente continúa CD. .................................................................. 55 Generador con excitación en paralelo (shunt).................................................................................. 56 Generador con excitación en serie ................................................................................................... 56 Generador con excitación compound............................................................................................... 57 Regulación de voltaje de un generador de corriente directa CD...................................................... 58 Motores de corriente alterna............................................................................................................ 61 El motor síncrono.............................................................................................................................. 61 Características................................................................................................................................... 62 Aplicaciones....................................................................................................................................... 63 Partes fundamentales de un motor síncrono ................................................................................... 64 Tipos de Excitación............................................................................................................................ 64 Revoluciones ..................................................................................................................................... 66 Sistema trifásico de tensiones........................................................................................................... 68 Frecuencia y número de polos.......................................................................................................... 68 Reacción de armadura ...................................................................................................................... 70 Carga óhmica pura ............................................................................................................................ 70 Carga inductiva pura ......................................................................................................................... 72
5 Carga capacitiva pura........................................................................................................................ 73 Motores de corriente alterna............................................................................................................ 74 Motores monofásicos ....................................................................................................................... 74 Tipos de motores monofásicos. ........................................................................................................ 75 Motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque.................................................................... 75 Motor monofásico de espira en cortocircuito .................................................................................. 76 Motor universal................................................................................................................................. 78 Motores asíncronos trifásicos........................................................................................................... 80 Rotor de Jaula de ardilla.................................................................................................................... 80 De rotor devanado ............................................................................................................................ 81 Partes fundamentales de un motor eléctrico ................................................................................... 82 Tipo de carcasa.................................................................................................................................. 82 Tipos de base..................................................................................................................................... 82 Caja de conexiones (Bornes)............................................................................................................. 82 Cojinetes (rodamientos).................................................................................................................... 83 Duración del rodamiento .................................................................................................................. 83 Montaje de rodamientos .................................................................................................................. 83 Tipos de conexiones.......................................................................................................................... 84 Conexiones en Delta y estrella de 6 puntas...................................................................................... 85 Conexiones en Delta y estrella de 9 puntas...................................................................................... 86 Conexiones en Doble Delta y Doble estrella de 9 puntas ................................................................ 87 Conexión en Delta y Estrella de 12 puntas........................................................................................ 88 Conexión en Doble Delta y Doble Estrella de 12 puntas................................................................... 89 Deslizamiento.................................................................................................................................... 90 Sistemas de regulación de velocidad de un motor asíncrono .......................................................... 92 Variadores de frecuencia .................................................................................................................. 92 Descripción........................................................................................................................................ 94 Aplicaciones de los variadores de frecuencia ................................................................................... 96 Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos.................................................. 97 Aceleración controlada ..................................................................................................................... 97 Variación de velocidad...................................................................................................................... 97 Regulación de la velocidad................................................................................................................ 98
6 Deceleración controlada ................................................................................................................... 98 Inversión del sentido de marcha....................................................................................................... 98 Frenado ............................................................................................................................................. 99 Protección integrada......................................................................................................................... 99 Composición de los variadores de frecuencia................................................................................... 99 Principales tipos de variadores de frecuencia ................................................................................ 102 Rectificador controlado motor de corriente continua.................................................................... 102 Convertidor de frecuencia para motor asíncrono........................................................................... 103 Regulador de tensión para el arranque de motores asíncronos..................................................... 103 Composición.................................................................................................................................... 104 El módulo de control....................................................................................................................... 104 El módulo de potencia .................................................................................................................... 105 Componentes de Potencia.............................................................................................................. 106 Principales modos de funcionamiento............................................................................................ 107 Variador unidireccional................................................................................................................... 108 Variador bidireccional..................................................................................................................... 108 Funcionamiento a par constante .................................................................................................... 109 Funcionamiento a par variable ....................................................................................................... 109 Funcionamiento a potencia constante............................................................................................ 111 Medidas de seguridad..................................................................................................................... 112 Unidades de medida SI.................................................................................................................... 114 Factores de conversión ................................................................................................................... 116
7 Electricidad La cantidad de corriente que fluye por un circuito depende del voltaje que suministra la fuente de voltaje, el flujo de corriente también depende de la resistencia que opone el conductor frente al paso de energía eléctrica, la resistencia de un cable depende dela conductividad del cable o el material del que se hizo el cable, la resistencia eléctrica de un cable es menor en los cables más delgados que en los gruesos también entre más largo el cable aumenta la resistencia, lo mismo ocurre con la temperatura entre más baja sea la temperatura del conductor menor va a ser la resistencia como lo que ocurre con los superconductores la resistencia se mide en ohms. Circuitos en serie En un circuito de en serie las resistencias están compiladas una a continuación de las otra. De tal manera que la totalidad de la corriente pasa por cada resistencia la resistencia total de un circuito en serie se calcula con la siguiente formula: Rt= R1 +R2+ RN… Si un elemento falla todo el circuito falla.
8 Circuito en paralelo La mayoría de los circuitos están conectados en paralelos de manera que cada dispositivos puede funcionar independientemente de los demás cuando se conectan en paralelo los dispositivos forman ramas cada una del as cuales constituye un camino diferente en cada una de las ramas el voltaje es idéntico en cada rama . Circuitos mixtos Están compuestos por resistencias formadas en paralelo y en serie
9 La electricidad es una forma de energía más usada por el hombre moderna ya que nuestra vida gira entorno a ella la mayor parte de los aparatos electrodomésticos funcionan con energía eléctrica así como se usa en la industria de la comunicación y de la informática . La energía es la capacidad de producir trabajo mediante la circulación de energía eléctrica atreves de conductores, produce energía mecánica luminosa y térmica la obtención de energía eléctrica se obtienen promedio de un fenómeno físico llamado inducción electromagnética esto se produce haciendo pasar un conductor atreves de campo eléctrico variado. El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor. Voltaje
10 Amperaje Es la cantidad de electrones que circulan por un elemento eléctrico en la unidad de tiempo. La intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios (A).El amperaje no es otra cosa que la fuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando entre dos puntos, estos son el negativo y el positivo a través de un conductor o cable eléctrico. La corriente eléctrica circula del negativo hacia el positivo.  Para medir la intensidad se utiliza el amperímetro  El amperímetro se conecta en serie, de modo que todos los electrones tengan que pasar por él.
11 Ley de ohm La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica. No sirve para calcular le resistencia y el voltaje adecuado para cada circuito Formulas Principios del magnetismo
12 Motores Eléctricos Un motor eléctrico es una maquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos. Fundamentos de operación de los motores eléctricos En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se Eléctricos Especiales repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. En la figura 1.9 se muestra como se produce el movimiento de rotación en un motor eléctrico. Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampere observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.
13 Principio de funcionamiento Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. La velocidad de giro de los motores eléctricos suele tener un valor fijo, a no ser que se utilicen variadores electrónicos de frecuencia.
14 Ventajas y clasificación En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión: A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes. Clasificación general de los motores eléctricos Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.
15 Clasificación Debido a que son muchos y variados los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas de catalogarlos. A continuación se muestran algunas de las formas más usuales: Corriente directa - • Por su alimentación eléctrica Corriente alterna - Universales - Flecha Solida • Por su flecha Flecha hueca Ventilados • Por su ventilación Autoventilados – tienen un ventilador en el rotor Cerrada Abierta • Por su carcasa A prueba de goteo Sumergible A prueba de explosión
16 Clasificación de Motores de corriente continúa Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:  Motor serie  Motor compound  Motor shunt  Motor eléctrico sin escobillas Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:  Motor paso a paso  Servomotor  Motor sin núcleo Selección de un motor eléctrico Es importante hacer una buena selección de un motor eléctrico, ya que de ello dependerá la oportunidad de obtener la mayor vida útil del equipo, y una máxima eficiencia, lo que retribuirá directamente a evitar posibles descomposturas o fallas. Fundamentos de selección de un motor eléctrico La selección de un motor depende primordialmente de tres aspectos: a) La instalación b) La operación c) El mantenimiento Los pasos a seguir para una adecuada selección de un motor eléctrico son: 1) La determinación de la fuente de alimentación 2) La potencia nominal 3) La velocidad de rotación 4) El ciclo de trabajo (continuo o intermitente) 5) El tipo de motor 6) El tipo de carcasa Así mismo, debemos considerar las condiciones ambientales de instalación, y algunas características como el acoplamiento de la carga, los accesorios, y las modificaciones mecánicas necesarias.
17 También es importante considerar en la selección de un motor eléctrico, las condiciones de servicio, siendo las más importantes: a) Exposición a una temperatura ambiente b) Instalación en partes o alojamientos completamente cerrados o abiertos, buscando una buena ventilación del motor. c) Operación dentro de la tolerancia de +10% y -10% del voltaje nominal d) Una operación dentro del valor de frecuencia del +5% y -5% e) Operación dentro de una oscilación de voltaje del 1% o menos Sentido de giro El sentido de giro está relacionado directamente con la conexión de las bobinas auxiliares con respecto a las de trabajo. El motor tiene un sentido de rotación, tan es así, que si se quiere que gire en sentido contrario, solo hay que permutar o invertir las conexiones de las auxiliares, la entrada por la salida o viceversa en las dos líneas. En los estatores de polos salientes, el auxiliar es un anillo de cobre montado en una hendidura del mismo polo, y que por inducción forma otra polaridad, por lo que se le llama de polo sombreado, pero retrasado en tiempo, lo que genera un movimiento de balance magnético, obligando el giro en un sentido. Para que el motor gire en sentido contrario, solo hay que desarmarlo y armar el estator, de modo que lo que estaba de frente quede atrás y así el anillo que puede estar a la derecha, quedará a la izquierda.
18 Pérdidas y eficiencia. En un motor la eficiencia de la potencia se ve afectada por las pérdidas mecánicas y las perdidas eléctricas como se muestra en la figura 2.1. Así que la potencia real [Pr] es el producto de la tensión por la corriente, menos la potencia de perdidas [Pp].
19 Aplicación. Como sabemos, el motor eléctrico es una maquina rotatoria de movimiento infinito, que convierte energía eléctrica en energía mecánica, como consecuencia desarrollamos directamente en su aplicación trabajos mecánicos primordialmente rotatorios, sin embargo, mediante dispositivos, podemos convertir el movimiento rotatorio en movimientos bien determinados, dependiendo de su aplicación. Tipo de maquinaria impulsada La aplicación de un motor se determina directamente por las características de trabajo que va a desarrollar, particularmente para cada aplicación, ésta es determinada concisamente por el factor de servicio, que lo definimos como las características de aplicación del motor eléctrico según el requerimiento de la maquina impulsada. Pueden ser: bombas hidráulicas, compresores, maquinas herramienta [figura 2.2], ventiladores, molinos, reloj, reproductor de CD, sistemas de transporte…, por citar algunos.
20 Características de instalación Las características de instalación están formadas por un conjunto de elementos, que sirven para dotar de las mejores condiciones a una maquina o equipo para su óptimo funcionamiento, como puede ser: Instalación:  Posición  Cimentación Condiciones Ambientales  Temperatura  Ambiente Condiciones de alimentación Corriente Directa  Voltaje  Frecuencia Corriente Alterna  Numero de fases  Frecuencia  Factor de potencia (cos Φ)  Voltaje Condiciones de alimentación Los motores eléctricos pueden ser alimentados por sistemas de una fase, denominándose motores monofásicos El motor monofásico normalmente está preparado para ser conectado en la red de 110 V o 220 V. Sin embargo hay sitios donde la tensión monofásica puede ser 115 V o 254 V. En estos casos debe ser aplicado un motor específico para estas tensiones. Y si son alimentados por 2 líneas de alimentación, se les nombra motores bifásicos; siendo así que los motores trifásicos son aquellos que se alimentan de tres fases, también conocidos como sistemas polifásicos. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2 300 V y 6000 V. Son los motores más utilizados, pues los motores monofásicos tienen limitación de potencia, y además de esto suministran rendimientos y pares menores, lo que aumenta su costo operacional.
21 Par Se genera un momento de giro cuando una fuerza se aplica fuera del centro de giro de un cuerpo. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina par M de la fuerza. Par: Símbolo M M = F * r [M] =N * m Cuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales, la palanca se encuentra en equilibrio, o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes, la palanca girará en el sentido del par mayor. En las máquinas eléctricas rotativas, también se representan por pares (Fig.1.12). Fig. 1.12 Ley de la palanca En el estator se origina un campo magnético de fluj hierro dulce magnético, con muescas o ranuras en las que se insertan los conductores. Comentario El par motor depende directamente de las corrientes del rotor, y tenemos que saber que en el momento que en el momento del arranque son muy elevadas, disminuyendo a medida que se aumenta la velocidad. De esta forma distinguimos dos tipos de par: par de arranque y el par normal .esto sucede porque al ir aumentando la velocidad del rotor se cortan menos líneas de fuerza en el estator y, claro está también las fuerzas electromotrices del rotor disminuyen , de este modo obtenemos que las corrientes del rotor disminuyen junto con el par de motor . Lo importante de esta explicación es que con los motores asíncronos podemos manejar cargas difíciles porque tenemos un par de arranque elevado (hasta tres veces el par normal
22 Potencia La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. La relación entre estas cantidades está dada por la expresión: Fig. 1.13 La potencia de un motor se da en HP o en watts Estas medidas cuantifican la cantidad de trabajo que un motor es capaz de desarrollar en un periodo especifico de tiempo. Dos son los factores importantes que determinan la potencia mecánica de salida en los motores: el par y la velocidad. Se define la potencia como el cociente del trabajo W (medido en Joule) por el tiempo t (medido en segundos); la ecuación de la potencia es: P = W / t Dónde: P = es la potencia, en vatios [W], W = es el trabajo en joule [J], T = es el tiempo que se emplea para efectuar el trabajo, en segundos [s]
23 Se mide generalmente en joules por segundo (watts), pero también puede medirse en el sistema inglés en libra pie por segundo (lb p/s) o en caballos de fuerza (HP). Un caballo de fuerza es la unidad de potencia igual a 746 watts o 3300 lb/pie por minuto o 550 lb/pie por segundo. Un Watt (vatio), es la unidad base de la potencia eléctrica, en los motores grandes la potencia se indica en Kilowatts (KW), por ejemplo, la salida de un motor de 5 HP es 3.73 kW, ya que : Para convertir los valores de unidades de potencia, usted puede usar las formulas abajo: Ejemplo: Dado un motor de 5 HP, transforme para kW: Nota: La potencia especificada en la placa de identificación del motor, indica la potencia mecánica disponible en la punta del eje. Para obtener la potencia eléctrica consumida por el motor (kW.h), se divide la potencia en kW por su eficiencia (η). Ejemplo:
24 Revoluciones Es el número de giros que el eje desarrolla por unidad de tiempo. La rotación normalmente es expresa en RPM (rotaciones por minuto). Para las frecuencias de 50 Hz y 60 Hz, tenemos solo aplica a motores síncronos: Los motores de 2 y 4 polos son los más vendidos en el mercado. Deslizamiento: El concepto de deslizamiento es usado para describir la diferencia entre la rotación sincrónica y la rotación efectiva en la punta del eje del motor. Factores como la carga o inclusive la variación de la tensión de la red de alimentación, pueden influenciar en la rotación del motor Pares de polos Una barra de un imán (Fig. 1.14) consta de dos polos:Norte (N) y Sur (S), también puede decirse que la barra de un imán consta de un par de polos. La frecuencia siempre viene registrada en los datos de placa de características del motor, y debido a que la misma depende del número de polos, es relativamente fácil calcular el número de éstos, a partir de la frecuencia.
25 La ecuación para calcular el número de polos de una máquina rotativa es la siguiente: Y para calcular los pares de polos la ecuación es: Dónde: p = es el número de pares de polos “no tiene unidades de medida” No. = de polos (es el número de polos) “no tiene unidades de medida” f = es la frecuencia eléctrica en Hz n = es la frecuencia de giro en rad/s 120 y 60 son constantes Comentario: Algo importante entre mayor número de polos tenga un motor menor va a hacer sus números de revoluciones.
26 Rendimiento En la transformación de energía, por ejemplo en un convertidor, aparecen efectos secundarios que no son intencionados, pero tampoco evitables. Así, la corriente calienta los hilos del devanado; el material del núcleo y los polos se calientan también por magnetización. Además aparecen rozamientos de cojinetes y corrientes de aire. La cantidad de energía desperdiciada en los efectos secundarios se designa como pérdidas. Solo una parte de la energía primitiva se transforma en la energía deseada; otra parte se transforma en pérdidas de energía, generalmente como calor. En general, la relación entre utilización y consumo se designa como rendimiento h. Si se compara la potencia de salida (potencia utilizable) con la potencia de entrada (potencia aplicada), el rendimiento o eficiencia es la relación entre potencia de salida y potencia de entrada. Es importante que ambas potencias deban estar expresadas en las mismas unidades. η = rendimiento Pab = potencia de salida Pzn = potencia de entrada El rendimiento puede ser dado como un número decimal o en tanto por ciento (%). Como la potencia de salida es siempre menor que la potencia de entrada, el rendimiento es siempre menor que 1 o que el 100%. Fig. 1.17 Tabla 1.2 Ejemplos de rendimiento Ejemplo: un motor consume 5 kW de potencia eléctrica y produce 4 kW de potencia mecánica. ¿Cuál es su rendimiento?
27 Tensión de servicio Los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de la tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizados a servir; los voltajes secundarios normalizados en el sistema de la Empresa Eléctrica, es exclusivo para 120/240 voltios, monofásicos 3 alambres, corriente alterna, 60 Hz. A solicitud del consumidor y después de que la EEGSA haya investigado la posibilidad de prestar un servicio trifásico de 4 alambres, 208/120 voltios; como también las tensiones trifásicas como lo son 240/120 voltios, delta 4 alambres, y para servicios generales en donde los transformadores son proporcionados por el usuarios, se pueden suministrar: 1) 480/240 voltios, 3 fases, delta, 4 alambres 2) 416Y/240 voltios, 3 fases, estrella aterrizada, 4 alambres 3) 480Y/277 voltios, 3 fases Tensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor. Frecuencia de red (HZ) Es el número de veces que un determinado evento se repite en un determinado intervalo de tiempo. La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo. La frecuencia es un factor importante, ya que influye directamente en la rotación del motor eléctrico. La frecuencia de la corriente alterna queda definida por la rapidez con la que se repite cada período; concretamente, la frecuencia mide el número de períodos comprendidos en un tiempo de t = 1 segundo. La frecuencia se representa por la letra f, y se mide en Hercios o Hertz, unidad que se suele representar por Hz. La frecuencia puede expresarse fácilmente, si en lugar de un tiempo cualquiera se toma el tiempo exacto T de un período. El número de ciclos será entonces 1.
28 Fig. 1.18 Tensión de frecuencia de 50 Hz Fórmula para calcular la frecuencia es: Frecuencia = Un ciclo Período Las frecuencias usuales son de 50 y de 60 Hz. El período T en segundos, es el tiempo que dura una revolución, una vuelta completa o un ciclo (es una oscilación completa de una tensión o una corriente alterna). Ciclo: la curva representada en la figura 1.19 representa una oscilación. Después de los 360° la curva vuelve a empezar. Este fenómeno es, pues, periódico, ya que se repite cuando se suceden varias oscilaciones.
29 Corriente de arranque La interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cos, rendimiento η, tensión Frecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motores trifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función de la velocidad. La fig. 1.20 muestra dos gráficas con características típicas para motores asíncronos trifásicos. De las características de carga (Fig. 1.20a) se puede deducir el comportamiento del motor en vacío y cuando está cargado (con carga). El factor de potencia cos ϕ en vacío es muy pequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductiva de los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cos Φ. Fig. 1.20 Curvas características de un motor asíncrono trifásico con barras redondas (Incisos a y b)
30 Cuando se habla de valores favorables se indica que tanto el rendimiento η como el factor de potencia cos ϕ, son grandes. Como al seguir aumentando la carga a partir de un determinado valor decrece el rendimiento y el aumento del factor de potencia es insignificante, el funcionamiento de régimen nominal se obtiene para aquel punto, en el que el producto del rendimiento η por el factor de potencia cos ϕ es máximo. Las características en función de la velocidad (Fig. 1.20), muestran la dependencia de n, la intensidad consumida I y del par M. La curva que da el par en función de la frecuencia de giro, tiene una forma típica para las máquinas asíncronas trifásicas, con un pico (máximo) y un valle (mínimo). Si el par resistente es mayor que el máximo de la curva la máquina no podrá vencerlo y se detendrá. La corriente I precisa para arrancar, es muy intensa e irá decreciendo rápidamente, al aumentar la velocidad. Las características trazadas en la fig. 1.20 pertenecen a un motor asíncrono trifásico con rotor de barras redondas. Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente de arranque IA de 7 a 10 veces la corriente nominal IN. La corriente de arranque IA es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionar al motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor. IA = 7x IN y puede llegar hasta IA = 10 x IN Por ejemplo: Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10 amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de: IA = 7 x IN = 7 x 10 A= 70 A IA = 10 x IN = 10 x 10 A = 100 A Se concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan varios métodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, ya que estas debilitan a los embobinados. Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella – delta como se muestra el la fig. 1.21; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, Δ).
31 Conexión en estrella Conexión en Delta Fig. 1.21 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranque Estrella – delta (triángulo) Ruido Actualmente el ruido está sujeto a regulaciones estrictas, con niveles máximos permitidos. En consecuencia, consideramos la reducción del nivel de ruido como uno de los principales criterios de diseño en el desarrollo de nuestros motores. Componentes del ruido Los principales componentes del ruido en un motor son el ventilador y el circuito electromagnético. A altas velocidades y a altas potencias, el ruido del ventilador es predominante; a bajas velocidades predomina el del circuito electromagnético. En los motores de anillos, las escobillas y los anillos suponen un ruido añadido
32 Ventilador El ruido del ventilador se puede reducir mediante un diseño optimizado del ventilador. Similarmente, un incremento del rendimiento general del motor permite reducir el diámetro del ventilador. Sin embargo, el ventilador debe ser suficientemente grande como para generar el flujo de aire necesario para asegurar una refrigeración adecuada del motor. El nivel de ruido de los motores grandes se puede reducir mediante la incorporación de un silenciador. En los motores grandes de 2 polos, es posible utilizar un ventilador unidireccional que gire solamente en una única dirección, con lo que se generaría menos ruido. Ruido propagado por el aire y por la estructura El ruido puede propagarse de dos maneras. El ruido propagado por el aire es el generado por el ventilador; el ruido de la estructura es el generado por los rodamientos y por el ruido magnético al vibrar por la carcasa del motor, las fundaciones, las paredes y cualquier tipo de conducción. Ruido propagado por el aire Dependiendo de la aplicación, el ruido propagado por el aire puede reducirse mediante un silenciador, un ventilador unidireccional o mediante la instalación de un motor refrigerado por agua. Por ejemplo, elegir un motor refrigerado por aire y agua proporciona un nivel de ruido mucho más bajo a altas potencias y es mucho más barato que uno de refrigeración aire- aire totalmente cerrado. Un motor totalmente cerrado con una refrigeración por aire con entrada y salida separadas presenta por lo general el mismo nivel de ruido que un motor con refrigeración de agua e incluso cuesta menos. Dado que a menudo los motores grandes se instalan en salas separadas, el nivel de ruido tiene una importancia secundaria.
33 Ruido propagado por la estructura Un método efectivo para eliminar el ruido propagado por la estructura es montando cuidadosamente unos amortiguadores de vibración dimensionados. Sin embargo, elegir arbitrariamente los amortiguadores de vibración puede empeorar el problema del ruido. Motores de bajo ruido La mayoría de fabricantes suministran versiones con bajo ruido para motores grandes y motores de altas velocidades. Sin embargo, para alcanzar niveles bajos de ruido, el diseño del motor presenta modificaciones que pueden afectar la refrigeración. En algunos casos, puede ser que un motor grande deba presentar necesariamente la potencia requerida, lo cual haría aumentar su coste. Por ello, el coste de un motor de bajo ruido debería compararse con el coste de otras medidas de reducción de ruido que puedan aplicarse a la planta. Nivel de presión sonora y nivel de potencia sonora El sonido equivale a ondas de presión enviadas por un objeto a través del medio (generalmente el aire) en el que se encuentra. Durante una prueba de ruido, la presión sonora se mide en dB. La diferencia entre la presión sonora detectable para el oído humano y el límite del dolor humano es de 1:10.000.000. Dado que la diferencia de presión es tan grande y que la diferencia de 10 dB que percibimos es como el doble del nivel sonoro, se utiliza una escala logarítmica, en la que: Nivel de presión sonora Lp = 10 log (P/P0)2 dB P0 = 2* 10 - 5 (Pa) ruido mínimo detectable P = presión mesurable (Pa) La presión sonora se mide en una sala de pruebas para eliminar el ruido reflejado y las fuentes externas. Se coloca un micrófono en varios puntos a un metro del motor parar medir el sonido desde distintas direcciones. Como el nivel de ruido varía en distintas direcciones debido a la influencia de las fuentes, se aplica una tolerancia de 3 dB (A) para el nivel de presión sonora media. El nivel sonoro medido (Lp) puede ser convertido en potencia radiada desde la fuente sonora para determinar el nivel de potencia sonora (Lw). La fórmula para ello es: Lw = Lp + Ls (Ls se calcula desde la superficie a medir, según DIN)
34 Filtros de medición Para medir el sonido compuesto, se utilizan amplificadores y filtros distintos. Detrás de los resultados en dB medidos de esta forma se les añade (A), (B) o (C), dependiendo del filtro usado. Normalmente sólo se da el resultado en dB (A), el cual corresponde al más próximo a la percepción auditiva. Los filtros pasan toda la gama de frecuencia pero atenúan o amplifican algunas de sus partes. Las características del filtro corresponden a las curvas estilizadas de 40, 70 y 100 phons para los tonos puros. La información sobre el nivel de presión sonora sólo tiene sentido si se establece la distancia desde la fuente sonora. Por ejemplo, 80 dB (A) a una distancia de un metro desde una fuente sonora corresponde a 70 dB (A) a tres metros de la fuente
35 El factor de potencia Potencia: la potencia consumida en un elemento cualquiera de un circuito es la velocidad con la que la energía eléctrica es convertida en cualquier otra forma de energía (calorífica, mecánica, química etc.) El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (en watts, W), y la potencia aparente (en Volts- Amper, VA) y describe la relación entre la potencia de trabajo o real y la potencia total consumida. FP= P/S Factor de potencia en Sistema monofásico y sistema trifásico. El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. La potencia efectiva o real (Activa) Es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras formas de energía como: mecánica, lumínica, térmica, química, entre otras. Esta energía corresponde a la energía útil o potencia activa o simplemente potencia, similar a la consumida por una resistencia Unidades: Watts (W) Símbolo: P  Sistema monofásico: P = V I COS ϕ  Sistema trifásico P: = √3 V I COS ϕ P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W) I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi” √3=Valor constante en los sistemas trifásicos
36 La potencia reactiva Q Es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores, requieren potencia activa para efectuar un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es utilizada para la generación del campo magnético, almacenaje de campo eléctrico que en sí, no produce ningún trabajo. La potencia reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia activa. Unidades: Volts-amperes reactivos (VAR) Símbolo: Q • Sistema monofásico: Q = V I sen ϕ • Sistema trifásico: Q = √3 V I sen ϕ Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR) S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W) √3=Valor constante en los sistemas trifásicos La potencia aparente o total S Es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también: Unidades: Volts-amperes (VA) Símbolo: S • Sistema monofásico: S = V I • Sistema trifásico: S = √3 V I S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) V = Voltaje de la corriente, expresado en volt I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A) √3=Valor constante en los sistemas trifásicos Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna. El factor de potencia (fp) es la relación entre las potencias activa (P) y aparente (S) si las corrientes y tensiones son señales sinusoidales.
37  Potencia activa (P) (resistiva)  Potencia reactiva (Q) (inductiva)  Potencia aparente (S) (total) Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1. • En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario. • En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a la tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado. • En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado. Por medio de una tabla se puede calcular el factor de potencia actual y se pude ver o calcular factor de potencia para arreglarlo
38 ¿Por qué existe bajo factor de potencia? La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento elementos como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración, entre otros. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable, un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia. Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía. • Cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo Ø se incrementa y disminuye el factor de potencia. Factor de potencia VS ángulo Ø Corrector de Factor de Potencia CFP La finalidad de corregir el factor de potencia es reducir o aun eliminar el costo de energía reactiva en la factura de electricidad. Para lograr esto, es necesario distribuir las unidades capacitivas, dependiendo de su utilización, en el lado del usuario del medidor de potencia. Existen varios métodos para corregir o mejorar el factor de potencia, entre los que destacan la instalación de capacitores eléctricos o bien, la aplicación de motores síncronos que finalmente actúan como capacitores • Compensación individual en motores • Compensación por grupo de cargas • Compensación centralizada • Compensación combinada
39 Consecuencias de un Factor de Potencia alto Entre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia podemos mencionar los siguientes: Aumento en la corriente Incrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales son una función del cuadrado de la corriente, ejemplo: -Los cables entre el medidor y el usuario -Los embobinados de los transformadores de distribución -Dispositivos de operación y protección Aumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente suministro de potencia a las cargas, éstas sufren una reducción en su potencia de salida. Esta caída de tensión afecta a: -Embobinados de transformadores de distribución -Cables de alimentación -Sistema de protección y control Estas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de energía eléctrica. El productor penaliza al usuario con factor de potencia bajo haciendo que pague más por su electricidad. -Es por esta razón que las compañías de electricidad cargan tarifas más altas cuando el factor de potencia es bajo. Problemas técnicos: • Mayor consumo de corriente. • Aumento de las pérdidas en conductores. • Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución. • Incremento de las caídas de voltaje. Beneficios económicos: • Reducción de los costos por facturación eléctrica. • Eliminación del cargo por bajo factor de potencia. • Bonificación de hasta un 2.5 % de la facturación cuando se tenga factor de potencia mayor a 0.9
40 Ejemplo 1:Se tiene un motor trifásico de 20 kW operando a 440 V, con un factor de potencia de 0.7, si la energía se entrega a través de un alimentador con una resistencia total de 0.166 Ohms calcular: • A) La potencia aparente y el consumo de corriente • B) Las pérdidas en el cable alimentador • C) La potencia en kVAR del capacitor que es necesario para corregir el F.P. a 0.9 Nos referimos a la tabla del coeficiente “K” y se escoge el valor que está dado por el valor actual del FP y el valor deseado: • D) Repetir los incisos a) y b) para el nuevo factor de potencia A) La corriente y la potencia aparente
41 E) Las pérdidas en el alimentador • E) La energía anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mes • La reducción de las pérdidas: • La energía ahorrada al año: • Considerando a $ 0.122 por kWh, se tienen $ 242.88 de ahorro tan sólo en el alimentador CONCLUSIONES El valor del factor de potencia es determinado por el tipo de cargas conectadas en una instalación. De acuerdo a su definición el factor de potencia es adimensional y puede tomar valores entre 0 y 1 En un circuito resistivo puro: φ = 0 Esto es la corriente y la tensión cambian de polaridad en el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo tanto el factor de potencia la unidad. Por otro lado en un circuito reactivo puro, la corriente y la tensión están en cuadratura: φ = 90 °, siendo el factor de potencia igual a cero.
42 Ejercicios 1.- Calcula la capacidad de cada uno de los condensadores que deben conectarse en paralelo y en triángulo en una instalación de 5000W y FP=0,75 para mejorar este factor de potencia hasta 0,95, sabiendo que la red es de 380V/50Hz. Calcula la intensidad consumida antes y después de mejorar el factor de potencia. 2.- Calcula la capacidad de los condensadores para corregir el factor de potencia de 0,7 a 0,9 de un motor trifásico con una potencia de 2,5KW conectado a una red de 400V/50Hz. 3.- ¿Qué corriente consumirá una instalación antes y después de acoplarle una batería de condensadores que mejora el factor de potencia de una instalación de 10KW de 0,8 a 1, si la red es de 400V/50Hz? 4.- Un horno de inducción con factor de potencia 0,7 consume 25A al conectarlo a una red de 400V/50Hz. Calcula la P,Q y S del receptor. 5.- Calcula la potencia activa y reactiva consumida por un conjunto de bombillas incandescentes de 60W/230V cada una conectadas en estrella a una red de 400V/50Hz. Recuerda que una bombilla incandescente es un receptor resistivo puro. 6.- Calcula la potencia consumida por tres lámparas incandescentes de 580Ω cada una si están conectadas a una red de 400V/50Hz a) en estrella. b) en Delta
43 Identificación de la placa de un motor La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente al motor. La figura muestra dos placas típicas de motores.
44 DATOS DE PLACA DE UN MOTOR La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente almotor. La figura muestra dos placas típicas de motores.  Tipo de motor 1LA jaula de ardilla  Dimensiones del motor IM B5
45  Norma de construcción IEC/EN 60034 CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA MAQUINAS Y APARATOS ELÉCTRICOS, DE ACUERDO CON SU ESTABILIDAD TÉRMICA (según norma IEC) Clase Y Temperatura límite 90°C Comprende a materiales o asociación de materiales, tales como algodón, seda y papel sin impregnación. Clase A Temperatura límite 105°C Comprende a materiales o asociación de materiales, tales como algodón, seda y papel con impregnación o sumergidos en un dieléctrico, como puede ser el aceite. Clase E Temperatura límite 120°C Comprende a materiales o asociación de materiales, de la clase A, para los que se garantiza su utilización para una temperatura superior a 15°C. Clase B Temperatura límite 130°C Comprende a materiales o asociación de materiales, tales como mica, fibra de vidrio, etc., con aglomerantes adecuados. Clase F Temperatura límite 155°C Comprende a materiales o asociación de materiales de la clase B, para los que se garantiza su utilización para una temperatura superior en 25° C.
46 Clase H Temperatura límite 180°C Comprende a materiales o asociación de materiales tales como siliconas, mica y fibra de vidrio convenientemente mezclados con resinas y siliconas. Clase C Temperatura límite superior a 180°C Comprende a materiales o asociación de materiales tales como siliconas, mica, vidrio y cuarzo convenientemente aglutinados para soportar temperaturas superiores a los 90°C.  Tipo alimentación 3 ∼ (Trifásico) Tensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor. • Potencia 15 kW La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. • Voltaje nominal Este depende del tipo de conexión que estamos utilizando Ya sea en delta ∆ o estrella ү los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de las tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizadas a servir. • Tipo de conexión ү o ∆ Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella – delta como se muestra en la fig. 1.21; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, Δ) Fig. 1.21 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranque Estrella – delta (triángulo) • Frecuencia nominal 60 Hz
47 La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo.  Factor de potencia (cosφ )0,90 Es el término que se utiliza para explicar la cantidad de energía eléctrica que se transforma en trabajo el valor ideal es 1 o 0.90 un valor menor a este determinaría que se utiliza mayor cantidad de energía eléctrica para generar un trabajo  Grado de protección Es la protección del motor contra la entrada de cuerpos extraños (polvo, fibras, etc.), contacto accidental y penetración de agua. Así, por ejemplo, un equipamiento a ser instalado en un local sujeto a chorros de agua, debe poseer un envoltorio capaz de soportar tales chorros de agua, bajo determinados valores de presión y ángulo de incidencia, sin que haya penetración que pueda ser perjudicial al funcionamiento del motor. El grado de protección es definido por dos letras (IP) seguido de dos dígitos. El primer dígito indica protección contra la entrada de cuerpos extraños y contacto accidental, mientras el segundo dígito indica la protección contra la entrada de agua.
48 Comentario: El W (IP55W) indica protección contra agentes climáticos, tipo: lluvia, salitre, sereno, etc. Por ejemplo:
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51 Tipos de motores CD Tipos de motores eléctricos. Los principales tipos de motores son los de corriente alterna o los de corriente continua. Estos últimos se clasifican según su conexión: motor en serie, compound, shunt, motor eléctrico sin escobillas, motores pasó a paso y motor sin núcleo. Estos motores han revolucionado la industria por lo económicos y lo fácilmente adaptables en términos de posición. Sin embargo, han sido superados, luego del advenimiento de la electrónica, por los motores de corriente alterna, que permiten una regulación de la velocidad más económica a nivel industrial. Estos motores tienen una estructura similar aunque con algunas diferencias en la disposición del rotor. Los motores de corriente alterna se clasifican en asincrónicos (o de inducción), sincrónicos y colectores. A su vez pueden ser monofásicos o trifásicos. El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motor, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.
52 Partes fundamentales de un motor CA El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales: Rotor (Circuito de armadura o inducido) Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga. Está formado por: • Eje • Núcleo y Devanado • Colector • Tapas Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector. Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado). Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado. Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas. Estator Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio. Armazón Imán permanente Escobillas y porta escobillas
53 Motores CD 1) Motor en serie Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor. Las principales características de este motor son: - Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma que en el inducido. - La potencia es casi constante a cualquier velocidad. - Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra electromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida. Motor compound o motor de excitación compuesta: Es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Motor shunt o motor de excitación en paralelo: Es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
54 Motor eléctrico sin escobillas: También llamado motor brushless es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor. Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rasantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor. Motores paso a paso: Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El principio de funcionamiento básico de los motores paso a paso consiste en alimentar solo algunas de las bobinas del estator con corriente continua generando un flujo con una dirección fija, que al interactuar con el rotor del motor produce un par en función del ángulo de desfasaje de la posición de equilibrio, que depende de del tipo de motor paso a paso empleado. Para producir el movimiento de rotación la bobina excitada debe cambia a medida que el rotor llega a la posición de equilibrio. Motor sin núcleo: Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada muy cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y permite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento (p.e. en máquinas y automática). Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren cierta potencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuito impreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que gira entre imanes permanentes colocados a ambos lados del disco.
55 Generadores de corriente directa CD. Un generador es una máquina eléctrica que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Sin embargo el proceso de generación de energía eléctrica es algo complejo y ésta se genera en forma de onda sinusoidal, es decir, no en continua, sino que es alterna. Un generador de corriente continua es una maquina eléctrica que, además de generar la energía eléctrica mediante el movimiento, se encarga de convertirla en forma continua o directa mediante un mecanismo de conversión. Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas de corriente continua cuando funcionan como generadores. Son máquinas que producen energía eléctrica por transformación de la energía mecánica. A su vez los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, según que produzcan corriente continua o alterna, respectivamente. Posteriormente, cabe destacar otro tipo de generadores (no son máquinas) que transforman la energía química en la eléctrica como son pilas y acumuladores. Clasificación de generadores de corriente continua CD. 1) Generador con excitación independiente En este tipo de generador, la tensión en los bornes es casi independiente de la carga de la máquina y de su velocidad, ya que la tensión se puede regular por medio del reóstato de campo, aunque naturalmente, dentro de ciertos límites, porque la excitación del campo inductor no puede aumentar más allá de lo que permite la saturación. En la Figura 2 se representa el esquema de conexiones completo de un generador de corriente continua con excitación independiente; se supone que el sentido de giro de la máquina es a derechas lo que, por otro lado, es el que corresponde a casi todas las máquinas motrices. Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastará con cambiar, las conexiones del circuito principal.
56 Generador con excitación en paralelo (shunt) El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión en bornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se desexcita automáticamente, dejando de producir corriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de desexcitación automática. Respecto a los generadores de excitación independiente, los generadores shunt presentan el inconveniente de que no pueden excitarse si no están en movimiento, ya que la excitación procede de la misma máquina. Generador con excitación en serie La excitación de un generador en serie se lleva a cabo cuando los devanados de excitación y del inducido se conectan en serie y, por lo tanto la corriente que atraviesa el inducido en este tipo de generador es la misma que la que atraviesa la excitación. Este último devanado, está constituido por pocas espiras con hilo conductor de gran sección, pues la f.e.m. necesaria para producir el campo principal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.
57 Generador con excitación compound El generador con excitación compound tiene la propiedad de que puede trabajar a una tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, debido a que por la acción del arrollamiento shunt la corriente de excitación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción del arrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente de excitación tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo convenientemente ambos arrollamientos puede conseguirse que se equilibren sus efectos siendo la acción conjunta una tensión constante cualquiera que sea la carga. Incluso, se puede obtener dimensionando convenientemente el arrollamiento serie, que la tensión en bornes aumente si aumenta la carga, conexión que se denomina hipercompound y que permite compensar la pérdida de tensión en la red, de forma que la tensión permanezca constante en los puntos de consumo. El generador compound tiene la ventaja, respecto al generador shunt, de que no disminuye su tensión con la carga, y, además, que puede excitarse aunque no esté acoplado al circuito exterior, tal como vimos que sucedía en el generador shunt. Durante la puesta en marcha, funciona como un generador shunt una vez conectado a la red, la tensión en bornes del generador shunt, tendería a disminuir si no fuera por la acción del arrollamiento serie, que compensa esta tendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sirve para regular la tensión del generador, en el caso de que la resistencia exterior descienda más allá de cierto límite.
58 Regulación de voltaje de un generador de corriente directa CD. La necesidad de mantener la tensión en bornes de un generador dentro de unos márgenes determinados surge en los generadores con excitación en paralelo o mixta. Esto se debe a que este tipo de generadores son utilizados como fuentes de tensión constante en los sistemas de potencia con corriente continua, y se hace necesario que la tensión en los mismos varíe lo menos posible cuando lo hace la carga conectada a los mismos. La tensión en bornes de un generador en paralelo viene dada por: Vc = kn -RiIi kn = f.e.m. La tensión Vc varía básicamente, o porque la carga conectada se modifica, y por tanto varía Ii, o porque la velocidad de arrastre del generador (n) no es constante, por ambas cosas a la vez. Para mantener la tensión constante en un valor, o dentro de un margen, se hace necesario actuar sobre. Aumentando se compensarán las caídas de tensión, y disminuyendo se compensarán las elevaciones de tensión. Esta variación se consigue haciendo pasar más o menos intensidad por el devanado de excitación. Una forma fácil de conseguirlo es intercalando una resistencia variable en la rama del devanado de excitación, Sistemas utilizados para la regulación de la velocidad en los motores La ecuación general de la velocidad de un motor de c. c., es: En donde: Vb = tensión aplicada al inducido = flujo inductor N = velocidad de rotación del motor Esta expresión indica que la regulación de la velocidad de un motor de corriente continua puede hacerse actuando sobre la tensión aplicada al inducido o bien variando el flujo inductor, ya que el término Ri·Ii es muy pequeño y no modifica prácticamente la ecuación. A su vez, la regulación de la tensión aplicada al inducido puede hacerse por:
59 1) Control reostático en el inducido: La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque. La introducción de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule una potencia R·I2, tanto más importante cuanto más haya de variarse la velocidad. 2) Regulación por acoplamiento de motores: Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motores como ocurre en tracción eléctrica. Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexiones siguientes: Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red, y los motores girarán a la velocidad más reducida. Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el caso anterior. Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red. 3) Grupo Ward-Leonard: Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy utilizado principalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas. El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas: Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corriente alterna y un generador de corriente continua de excitación independiente. El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente. Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por un rectificador, por ser este último el que ha reemplazado ventajosamente a la excitatriz. La regulación del flujo inductor puede conseguirse por: 4) Control reostático en el circuito inductor: Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación. La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.
60 Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y de reducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son: En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el motor serie, mínima la resistencia desviadora Rr. Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de control de velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir la velocidad, por la limitación de la saturación del circuito magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y la consiguiente reacción de inducido.
61 Motores de corriente alterna El motor síncrono 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 60Hz, si el motor es de dos polos, gira a 3600 RPM; si es de cuatro polos gira 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 en relacionadas con sistemas de regulación y control mas no con la transmisión de potencias elevadas. Comentario: Como curiosidad vale la pena mencionar que el motor síncrono, al igual que el motor de corriente directa, precisa de un campo magnético que posibilite la transformación de energía eléctrica recibida por su correspondiente armadura en energía mecánica entregada a través del eje.
62 Características ¿Por Qué Utilizar Motores Sincrónicos? Las aplicaciones de los motores sincrónicos en la industria, la mayoría de las veces, resultan en ventajas económicas y operacionales considerables, debido a sus características de funcionamiento. Las principales ventajas son: Corrección del factor de potencia Los motores sincrónicos pueden ayudar a reducir los costos de energía eléctrica y mejorar el rendimiento del sistema de energía, corrigiendo el factor de potencia en la red eléctrica donde están instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualarse al valor invertido en el motor. Velocidad constante Los motores sincrónicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecarga como durante momentos de oscilaciones de tensión, respetándose los límites del conjugado máximo (pull-out). Alto rendimiento En la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro de energía. Los motores sincrónicos son proyectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energía para una gran variedad de cargas.
63 Aplicaciones Los motores sincrónicos son fabricados específicamente para atender las necesidades de cada aplicación. Debido a sus características constructivas, operación con alto rendimiento y adaptabilidad a todo tipo de ambiente, son utilizados en prácticamente todos los sectores de la industria, tales como:  Minería (moledoras, molinos, cintas transportadoras y otros)  Siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas y compresores)  Papel y celulosa (extrusoras, picadoras, desfibradoras, compresores y refinadoras)  Saneamiento (bombas)  Química y petroquímica (compresores, ventiladores, extractores y bombas)  Cemento (moledoras, molinos y cintas transportadoras)  Goma (extrusoras, molinos y mezcladoras) Velocidad fija Las aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad fija se justifican por los bajos costos operacionales, una vez que presentan un alto rendimiento y pueden ser utilizados como compensadores sincrónicos para corrección del factor de potencia. Velocidad variable Las aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad variable se justifican en aplicaciones de alto torque con baja rotación y un largo rango de ajuste de velocidad. La construcción de los motores para estas aplicaciones puede ser con o sin escobillas, dependiendo de las características de la carga y del ambiente. Debido al mayor rendimiento, menor tamaño y mayor capacidad de potencia, pueden substituir motores de corriente continua en aplicaciones de alta performance. Los motores sincrónicos pueden ser especificados con corriente de partida reducida, lo que implica un menor disturbio en el sistema eléctrico durante el arranque, así como reducción en las tensiones mecánicas resultantes en los devanados del motor.
64 Partes fundamentales de un motor síncrono Tipos de Excitación Los motores sincrónicos necesitan de una fuente de corriente alterna para alimentar el devanado de campo (devanado del rotor), que usualmente es abastecido a través de una excitatriz giratoria sin escobillas (brushless) o a través de anillos recolectores y escobillas (excitatriz estática). Las máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en la generación de energía eléctrica. Para el caso referente a la máquina rotativa síncrona, todas las centrales Hidroeléctricas y Termoeléctricas funcionan mediante generadores síncronos trifásicos. Para el caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada, mayor que 1 MW (mega vatio). Los motores síncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que utilizan, siendo estos: rotor de polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes. Rotor El rotor puede ser construido con polos lisos o salientes dependiendo de las características constructivas del motor y de su aplicación. El rotor completo está formado por la estructura que compone o soporta los polos, los devanados de campo y la jaula de arranque, que son las partes activas giratorias del motor síncrono. Los polos del campo son magnetizados a través de la corriente CC de la excitatriz o directamente por anillos recolectores y escobillas. En funcionamiento, los polos se alinean magnéticamente por el entrehierro y giran en sincronismo con el campo giratorio del estator. Los ejes son fabricados en acero forjado y mecanizados según las especificaciones. La punta de eje normalmente es cilíndrica o bridada. Motores de rotor de polos lisos o polos no salientes: se utilizan en rotores de dos y cuatro polos. Estos tipos de rotores están construidos al mismo nivel de la superficie del rotor. Los motores de rotor liso trabajan a elevadas velocidades.  Motores de polos salientes: Los motores de polos salientes trabajan a bajas velocidades. Un polo saliente es un polo magnético que se proyecta hacia fuera de la superficie del rotor.
65 Tipos de Refrigeración y Grados de Protección Los tipos de refrigeración/protección más utilizados en los motores sincrónicos son:  IC01 - auto-ventilados, grado de protección IP23  IC611 - intercambiador de calor aire-aire, grado de protección IP54 a IP65W  IC81W - intercambiador de calor aire-agua, grado de protección IP54 a IP65W Además de los tipos de refrigeración citados, los motores pueden ser suministrados con ventilación forzada, entrada y salida de aire por ductos, y otros medios de refrigeración, atendiendo de la mejor forma las características de aplicación y del ambiente donde serán instalados. Características Constructivas Carcasa Su función principal es la de apoyar y proteger el motor, alojando también el paquete de chapas y devanados del estator. Pueden ser construidas en los tipos horizontal y vertical y con grado de protección de acuerdo con las necesidades del ambiente. La carcasa está construida en chapas y perfiles de acero soldado, formando un conjunto sólido y robusto que es la base estructura de la máquina. Todo el conjunto de la carcasa recibe un tratamiento de normalización para alivio de tensiones provocadas por las soldaduras. Ese tipo de construcción proporciona excelente rigidez estructural de manera de soportar esfuerzos mecánicos provenientes de eventuales cortocircuitos y vibración, capacitando al motor para atender las más severas necesidades. Estator Constituido por un paquete laminado de chapas de acero silicio de alta calidad, con ranuras para alojar el devanado del estator, que opera con alimentación de potencia en corriente alterna para generar el campo magnético giratorio. Cojinetes En función de la aplicación, los motores sincrónicos pueden ser suministrados con cojinetes de rodamiento o cojinetes de deslizamiento. Estos cojinetes están normalmente constituidos por rodamiento de esferas o de rodillos cilíndricos, dependiendo de la rotación y de los esfuerzos axiales y radiales a los que son sometidos, en algunas aplicaciones pueden ser utilizados rodamientos especiales. Los cojinetes de rodamientos pueden ser lubricados con aceite o grasa. Cojinetes de deslizamiento Los cojinetes de deslizamiento pueden tener lubricación natural (auto-lubricables) o lubricación forzada (lubricación externa).
66 Revoluciones Todos los motores de corriente continúan así como los síncronos de corriente alterna incluidos en la clasificación anterior tienen una utilización y unas aplicaciones muy específicas. Los motores de corriente alterna asíncronos, tanto monofásicos como trifásicos, son los que tienen una aplicación más generalizada gracias a su facilidad de utilización, poco mantenimiento y bajo coste de fabricación. Por ello, tanto en esta unidad como en la siguiente nos centraremos en la constitución, el funcionamiento y la puesta en marcha de los motores asíncronos de inducción. La velocidad de sincronismo de los motores eléctricos de corriente alterna viene Definida por la expresión: Dónde: n =Numero de revoluciones por minuto f = Frecuencia de la red p = Numero de pares de polos de la maquina
67 El esquema presenta solamente 6 ranuras, y sobre cada par de ranuras opuestas se colocan los lados de una bobina, cuyos principios y finales tienen la siguiente denominación: Bobina 1: u1 – u2 Bobina 2: v1 – v2 Bobina 3: w1 – w2 En la figura anterior se ha esquematizado la bobina 1, donde se puede ver cómo están ubicados los conductores en las ranuras, siendo las otras dos bobinas idénticas, pero con su ejes magnéticos, formando un ángulo de 120 °, entre si. obinas concatenaran un valor de dicho flujo de acuerdo a la posición instantánea del rotor.
68 Sistema trifásico de tensiones Si analizamos el valor eficaz de la tensión en bornes de cada una de las bobinas ó fases del generador, el mismo será: Frecuencia y número de polos La máquina que analizamos era de 2 polos magnéticos, y por cada vuelta que efectúa el rotor se genera un ciclo completo de la fuerza electromotriz inducida en cada una de las fases del estator, por lo tanto si el rotor gira a “n s” vueltas por minuto, se cumplirán “n” ciclos por minuto, por lo tanto la frecuencia en ciclos por segundo en el estator será: Donde Si la maquina tiene mas de un par de polos, la expresión general de la frecuencia obtenida es F: Frecuencia de la fuerza electromotriz inducida en ciclos por seg o Hertz [Hz] p: Cantidad de pares de polos n S: Velocidad de giro del rotor [r.p.m.] El esquema de la figura se muestra una maquina de 4 polos (Dos pares de polos):
69 Esta máquina presenta dos pares de polos en el rotor y además en el estator la cantidad de ranuras es el doble que en el caso anterior, de tal forma que cada fase ocupa el doble de ranuras, estando formada cada una de ellas por dos bobinas conectadas en serie, con el mismo eje magnético de la siguiente forma: Fase 1: u1 - u3 - u3 - u2 Fase 2: v1 - v3 - v3 - v2 Fase 3: w1 - w3 - w3 - w2 La figura 9.5 muestra cómo está conformada una de las fases, la cual tiene dos bobinas con un mismo eje magnético, pero el flujo originado por las corrientes tiene sentido opuesto.
70 Reacción de armadura Si las tres bobinas del estator se unen en un punto común (u2 = v2 = w2), formando una conexión que se denomina estrella y colocamos una carga por las mismas circulara una corriente que dependerá de las características de dicha carga (óhmica, óhmica-inductiva, óhmica capacitiva), lo cual hará que la corriente este desfasada un cierto Angulo en atraso o en adelanto. Debido a esa corriente, en el estator se creara un campo magnético alternativo en cada una de las fases, los que al componerse dará origen a un campo magnético rotante que llamaremos reacción de armadura y que gira a la misma velocidad del rotor. En la figura 9.7 vemos la situación para una posición del rotor en la cual la bobina estatifica (u1 – u2), concatena el máximo flujo rotórico ya que sus ejes magnéticos son coincidentes. En esta situación, la fuerza electromotriz inducida en la mencionada bobina tiene un valor igual a cero, en cambio las otras dos tienen un valor mitad con los sentidos indicados (Punto “saliente” y cruz “entrante”). Estos sentidos los podemos obtener del grafico de la figura 5.3 de valores instantáneos de las FEM inducidas, en el cual vemos que en la situación para t = 0, en la bobina (v1 – v2), la FEM es negativa, o sea entrante (cruz), por el terminal “v1”, por lo que en el terminal “v2” va a ser saliente (punto), y en la bobina w1 – w2, es positiva o sea saliente (punto) por el terminal w1, y entrante(cruz) por el terminal w2. Pasemos a analizar lo que pasa con distintos tipos de carga en el estator. Carga óhmica pura Con este tipo de carga la corriente va a estar en fase con la tensión en bornes de la máquina, lo cual hace que las corrientes sean entrantes y salientes de acuerdo a lo mostrado en la Figura 5.7, y coincidiendo su sentido con el indicado en la figura 9.8, en la cual la corriente en “u1 – u2”, tiene un valor igual a cero y en la bobina “v1 – v2” la corriente es entrante por “v1” (negativa) y saliente por “w1” (positiva). Debido a esto en el estator se produce un campo magnético rotante, como vimos anteriormente, cuya posición es la indicada en la figura, para el instante que se está estudiando. Podemos observar que el eje magnético del rotor y el eje magnético del campo rotante del estator están formando un Angulo de 90°. Esto hace que la tensión en bornes difiera de la fuerza electromotriz inducida, debido a que el campo en el entrehierro de la maquina no solo el producido por el rotor, sino que se compone con el de reacción de armadura.
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72 Carga inductiva pura En la figura 9.9 y para la misma posición del rotor (t = 0), vemos cual es la situación de las corrientes en el estator, que en este caso tienen un ángulo de atraso de 90°. Debido a que en la bobina u1 – u2 , la FEM inducida pasa por cero, la corriente que circula por la misma, para ese instante pasa por su valor máximo, mientras que en las otras dos bobinas su valor es la mitad y de signo contrario para que la suma de las tres sea igual a cero. En la figura 9.10 se observa el signo de las corrientes. En esta situación el campo magnético giratorio del estator tiene su posición indicada en la figura. De aquí se observa que las fuerzas magneto motrices del rotor y de la armadura se oponen, lo cual nos está indicando que el efecto de esta última es netamente “desmagnetizante”.
73 Carga capacitiva pura En la figura 9.11 y para la misma posición del rotor, vemos cual es la situación de las corrientes en el estator, que en este caso tienen un Angulo de adelanto de 90°. Debido a que en la bobina u1 – u2, la FEM inducida pasa por cero, la corriente que circula por la misma, para ese instante pasa por su valor máximo, mientras que en las otras dos bobinas su valor es la mitad y de signo contrario para que la suma de las tres sea igual a cero. El sentido de las corrientes lo podemos obtener de la figura 9.12. En esta situación el campo magnético giratorio del estator tiene su posición indicada en la figura. De aquí se observa que las fuerzas magnéticas motrices del rotor y de la armadura se superponen, lo cual nos está indicando que el efecto de esta última es netamente “magnetizante”.
74 Motores de corriente alterna Por las grandes ventajas que tiene de recibir la corriente alterna de la empresa de distribución eléctrica, la gran mayoría de los equipos que requieren de un motor eléctrico utilizan los de corriente alterna, preferentemente en forma trifásica, aunque existen muchos de baja potencia que reciben sólo una fase eléctrica (denominados monofásicos). Los motores de corriente alterna también pueden variar la velocidad y torque que entregan al equipo acoplado, para ello deben instalarse en combinación con un regulador electrónico de velocidad variable, conocidos en el lenguaje industrial como “drivers”, “variadores de frecuencia” o “convertidores de frecuencia variable”. Motores monofásicos Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores esta en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante. Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito. Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofásico tiene dificultades para arrancar, está constituido de dos grupos de devanados: El primer grupo se conoce como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce como devanado auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre sí, física y eléctricamente. El devanado de trabajo está formado de conductor grueso y tiene más espiras que el devanado de arranque.
75 Tipos de motores monofásicos. Motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque Constitución y principio de funcionamiento Como todos los motores eléctricos, está formado por un circuito magnético y dos eléctricos. El circuito magnético está formado por el estator, donde se coloca el bobinado inductor y el rotor que incorpora el bobinado inducido, que en la mayoría de los casos suele ser de jaula de ardilla. De su nombre se desprende que utiliza un solo bobinado inductor, recorrido por una corriente alterna que crea un flujo también alterno, pero de dirección constante que, por sí solo, no es capaz de hacer girar al rotor. Si el rotor se encuentra ya girando, en los conductores del bobinado rotórico se generan fuerzas electromotrices que hacen que por el bobinado rotórico circulen corrientes, que a su vez generan un flujo de reacción desfasado 90º eléctricos respecto del principal. La interacción entre estos dos flujos hace que el motor se comporte como un motor bifásico y el rotor continúe girando. De lo expresado anteriormente se desprende que el motor monofásico es incapaz de arrancar por sí solo pero, si se pone en marcha, se mantiene funcionando de forma normal hasta su desconexión. Por ello, hay que dotar a dicho motor de un dispositivo adecuado para iniciar el arranque. El más utilizado es incorporar al estator un bobinado auxiliar que funciona durante el periodo de arranque y que se desconecta una vez que el motor está en funcionamiento. En estas condiciones, el motor en el arranque es un motor bifásico, con sus bobinados desfasados 90º eléctricos, que hace que el motor se ponga en marcha. Una vez alcanzado el régimen de vueltas, se desconecta el bobinado auxiliar de forma que queda funcionando como motor monofásico. Para realizar la desconexión del bobinado auxiliar, se utilizan los interruptores centrífugos acoplados en el eje del motor. Los bobinados se conectan en paralelo a la placa de bornes (véase la Figura 11.22). Como se ha explicado, el motor monofásico tiene un rendimiento, par de arranque y factor de potencia algo bajos. Para compensar dichos valores, se recurre a conectar en serie con el bobinado auxiliar un condensador electrolítico, con lo que se consiguen valores de rendimiento y par de arranque mucho mejores. Esto se puede apreciar esquemáticamente en la Figura 11.23
76 La puesta en marcha se realiza mediante un interruptor bipolar manual adecuado a la intensidad del motor, Para invertir el sentido de giro, es necesario invertir las conexiones de uno de los bobinados del motor en la placa de bornes del motor (véase la Figura 11.25). No confundir con invertir las conexiones de la alimentación ya que, en ese caso, el motor sigue girando en el mismo sentido. En los motores actuales, las bobinas de arranque se conectan con la red a través de un condensador en serie que, a la frecuencia de la red y la velocidad nominal del motor, produce un desfase tal entre las corrientes de los devanados de arranque y servicio que se hace innecesario desconectarlas, por lo que estos motores ya no necesitan incorporar el interruptor centrífugo simplificando su constitución y funcionamiento. Existe una forma más sencilla de invertir el giro, como se muestra en el esquema de la Figura 11.26, para estos motores. Motor monofásico de espira en cortocircuito El motor de espira en cortocircuito está constituido por un estator de polos salientes y un rotor de jaula de ardilla. En la masa polar se incorpora una espira en cortocircuito que abarca un tercio aproximadamente del polo. Las bobinas rodean las masas polares, como se muestra en la Figura 11.27.
77 Al alimentar las bobinas polares con una corriente alterna se produce un campo magnético alterno en el polo que por sí solo no es capaz de poner en marcha el motor. El flujo que atraviesa la espira genera en esta una fuerza electromotriz inducida que hace que circule una corriente de elevado valor por la espira. Esto a su vez crea un flujo propio que se opone al flujo principal. En estas condiciones se obtiene un sistema de dos flujos en el que el flujo propio estará en retraso respecto del flujo principal, haciendo que el motor gire (véase la Figura 11.28). El sentido de giro será siempre el que va desde el eje del polo hacia la espira en cortocircuito colocada en el mismo. Si por algún motivo necesitásemos invertir el giro, tendríamos que desmontar el motor e invertir todo el conjunto del rotor manteniendo la posición del estátor. Dado que estos motores tienen un rendimiento muy bajo, su utilización se limita a pequeñas potencias de hasta 300 W y para trabajos de ventilación, bombas de desagües de electrodomésticos, etc. (véase la Figura 11.29). Fig. 11.29. Motor monofásico de espira en cortocircuito para bomba de desagüe de lavadora.
78 Motor universal Es llamado así por funcionar con C.A y C.C., tiene una estructura laminada, un alto par de arranque, funciona a grandes velocidades de 4000 a 10000 R.P.M., no son mayores de l H.P. ; y son utilizados generalmente en aparatos electrodomésticos, el más conocido es el motor bipolar, que consiste en un estator con dos devanados sobre un núcleo de hierro, y en su extremo lleva las escobillas que conectan en serie al rotor y al estator. Este motor está dispuesto de manera que cuando por los devanados en serie del inducido y el inductor circula la corriente se forman dos flujos magnéticos, que al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la corriente aplicada es continua o alterna. Para que un motor de este tipo pueda funcionar con corriente alterna, es necesario que el empilado de su inductor (el núcleo de los electroimanes) sea de chapa magnética para evitar las pérdidas en el hierro. El bobinado inductor de los motores universales suele ser bipolar, con dos bobinas inductoras. El motor universal funciona en corriente continua exactamente igual que un motor serie. Si el motor se alimenta con corriente alterna, arranca por sí solo, ya que la corriente que recorre el bobinado inductor presenta cien alternancias por segundo, lo mismo que le ocurre a la corriente que recorre el bobinado inducido, por lo que el momento de rotación y el sentido de giro permanecen constantes. Fig. 11.31. Motor monofásico universal para un taladro eléctrico.
79 En párrafos anteriores se explicó, como por medio de la inducción, el movimiento rotatorio, producido eléctricamente por el campo magnético del estator ha originado la rotación mecánica del rotor, la cual sigue la misma dirección que la de del campo del estator. Para que el motor de inducción funcione, el rotor deberá girar a una velocidad diferente a la del campo rotatorio del estator. En realidad, la velocidad del rotor es diferente (menor) que la velocidad del campo magnético del estator y a esta diferencia se le conoce como deslizamiento. En los motores prácticos, los motores funcionan a una velocidad del 2% al 10% menor que la velocidad de sincronía; al aumentar la carga, el porcentaje del deslizamiento aumenta. Ejemplo: En un motor de 4 polos con velocidad de sincronía de 1800 R.P.M., si el motor gira efectivamente a 1764 R.P.M. según lo mide un tacómetro: existe una diferencia de 36 R.P.M. entre la velocidad de sincronía y la del rotor, expresada en porcentaje sería: Lo cual un deslizamiento del 2%, el par motor en los motores, de inducción jaula de ardilla es bajo, debido a una mala característica del par de arranque, el rotor de un motor de inducciónalcanza finalmente una velocidad entre un 2 y un 10% de deslizamiento. Esta es la velocidad de funcionamiento de motor sin carga, por lo tanto la máquina requiere muy poco par de arranque para mantener el motor en funcionamiento. Si se aplica una carga al motor en funcionamiento pierde velocidad y el deslizamiento aumenta, como resultado del campo rotatorio corta los anillos de cobre a mayor velocidad, induciendo corrientes más altas en el rotor para obtener un par mayor, de manera que el motor pueda impulsar la carga aplicada.
80 Motores asíncronos trifásicos Rotor de Jaula de ardilla Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas).
81 De rotor devanado Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de campos magnéticos variables electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Aprovechando el estator y rotor ambos de acero laminado al silicio se produce un campo magnético uniforme en el motor.
82 Partes fundamentales de un motor eléctrico Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas, pues son sencillas, seguras y baratas. Los motores asíncronos se clasifican según el tipo de rotor, en motores de rotor en jaula de ardilla (o motores con inducido en cortocircuito) y en motores de rotor bobinado o de anillos rasantes. Tipo de carcasa a) Totalmente cerrada b) Abierta c) A prueba de goteo d) A prueba de explosiones e) De tipo sumergible Tipos de base a) Base frontal b) Base latera Caja de conexiones (Bornes) Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos. Conexión estrella ү conexión delta ∆
83 Tapas Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor. Cojinetes (rodamientos) Normalmente los motores están equipados con rodamientos de una sola hilera de bolas de ranura profunda. La designación completa de los rodamientos se indica en la placa de características de la mayoría de motores. Si el rodamiento del lado acople del motor se sustituye por un rodamiento de rodillos NU- o NJ-, se podrán soportar fuerzas radiales superiores. Los rodamientos de rodillos son especialmente adecuados para accionamientos por correas. Cuando hay grandes fuerzas axiales, deberían usarse rodamientos de bolas de contacto angular. Esta versión está disponible bajo demanda. Al solicitar un motor con rodamientos de contacto angular, es necesario especificar el tipo de montaje y la dirección y la magnitud de la fuerza axial. Para detalles más específicos sobre los rodamientos, rogamos consulten los catálogos del producto respectivos. Duración del rodamiento La duración normal L10 de un rodamiento se define, según ISO, como el número de horas de funcionamiento que el 90% de los rodamientos idénticos probados han alcanzado o excedido bajo ciertas condiciones predeterminadas. El 50% de los rodamientos tienen una duración de, como mínimo, cinco veces esta cifra. Montaje de rodamientos Siempre hay que prestar especial atención a los rodamientos. Los rodamientos deben montarse por calentamiento o con herramientas especiales para tal propósito y deben quitarse con extractores. Cuando sea necesario colocar un rodamiento en un eje, se puede utilizar un montaje en frío o en caliente. El montaje en frío sólo es adecuado para rodamientos pequeños y para rodamientos que no ejerzan una fuerte presión sobre el eje. Para el montaje en caliente y en caso de que haya una interferencia entre el rodamiento y el eje, primero habrá que calentar el rodamiento en un baño de aceite o con un calentador especial. Después habrá que colocarlo con presión sobre el eje con un manguito que se ajuste al anillo interior del rodamiento.
84 Los motores de corriente alterna son por mucho los más empleados, dada la gran ventaja de poder funcionar con la forma de corriente que suministran las empresas eléctricas, no requieren pasar la corriente alterna a corriente directa, por tanto son de menor costo. Se clasifican en motores asíncronos (o de inducción) y motores síncronos. En los síncronos el eje gira a la misma velocidad que lo hace el campo magnético, en los asíncronos el eje se revoluciona a una velocidad poco menor a la del campo magnético. Los motores asíncronos basan su funcionamiento en la creación de un campo magnético giratorio en el entrehierro, debido a la circulación de corriente alterna por los devanados trifásicos y la influencia de los polos magnéticos del estator. La velocidad de giro de este campo magnético en revoluciones por minuto (r.p.m.), es: Dónde: f = Frecuencia de alimentación p = Número de polos del devanado del estator. Ns = Velocidad de giro, en revoluciones por minuto. Ejemplo: Se suministra energía eléctrica a un motor de 20 HP de dos polos a una frecuencia de 60 Hz, ¿Cuál será la velocidad sincronía del motor? Tipos de conexiones En estas condiciones, el motor se puede considerar como bitension, ya que las tensiones normalizadas son de 230 o 400 V. Si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triangulo y a la red de 400 V en estrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. En una y otra conexión, permanecen invariables los parámetros de potencia, par motor y velocidad. La conexión estrella o triangulo se realiza sobre la placa de bornes mediante puentes como se puede apreciar en la Figura 11.6
85 Conexiones en Delta y estrella de 6 puntas
86 Conexiones en Delta y estrella de 9 puntas
87 Conexiones en Doble Delta y Doble estrella de 9 puntas
88 Conexión en Delta y Estrella de 12 puntas
89 Conexión en Doble Delta y Doble Estrella de 12 puntas
90 Deslizamiento Deslizamiento. El rotor gira a una velocidad próxima a la de sincronismo pero siempre por debajo. Velocidad de sincronismo. Frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor. Deslizamiento.  Relación entre las frecuencias de las corrientes en el rotor y en el estator El deslizamiento es la diferencia entre la velocidad actual de un motor a inducción y la velocidad síncrona, que es la velocidad a la que correría un motor enrollado de manera similar. Por ejemplo el deslizamiento de un motor girando a 1760 RPM sería 1800 -1760 = 40 RPM. El deslizamiento depende de la carga del motor. Las cargas más grandes producen más deslizamiento y por eso velocidades más bajas. Es posible expresar la velocidad mecánica del eje del rotor, en términos de la velocidad de sincronismo (velocidad del campo magnetico) y de deslizamiento.
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92 Sistemas de regulación de velocidad de un motor asíncrono Variadores de frecuencia Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevación, las máquinas- herramientas, etc. En los mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes. El estudio de este fenómeno para cada caso particular tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores y variadores a instalar para un servicio determinado, requieren el conocimiento de las particularidades de éste producto. La regulación de velocidad puede realizarse por métodos mecánicos, como poleas o engranajes, o por medios eléctricos. La máquina de inducción alimentada con corriente C.A., especialmente la que utiliza un rotor en jaula de ardilla, es el motor eléctrico más común en todo tipo de aplicaciones industriales y el que abarca un margen de potencias mayor. Pero no basta conectar un motor a la red para utilizarlo correctamente, sino que existen diversos elementos que contribuyen a garantizar un funcionamiento seguro. La fase de arranque merece una especial atención. El par debe ser el necesario para mover la carga con una aceleración adecuada hasta que se alcanza la velocidad de funcionamiento en régimen permanente, procurando que no aparezcan problemas eléctricos o mecánicos capaces dljñe perjudicar al motor, a la instalación eléctrica o a los elementos que hay que mover. El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentación. Como la frecuencia de alimentación que entregan las
93 Compañías de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es constante, salvo que se varíe el número de polos, el resbalamiento o la frecuencia. El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frecuencia. No se requieren motores especiales, son mucho más eficientes y tienen precios cada vez más competitivos. El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturación del flujo magnético con una elevación de la corriente que dañaría el motor.
94 Descripción Los variadores son convertidores de energía encargados de modular la energía que recibe el motor. Otra definición sería, los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores asíncronos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y la cupla de los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean: - Dominio de par y la velocidad - Regulación sin golpes mecánicos - Movimientos complejos - Mecánica delicada El control de los motores eléctricos mediante conjuntos de conmutación “Todo o Nada” es una solución bien adaptada para el accionamiento de una amplia gama de máquinas. No obstante, conlleva limitaciones que pueden resultar incomodas en ciertas aplicaciones. 2.1 - Problemas que surgen en el arranque de motores asíncronos. - El pico de corriente en el arranque puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red, - Las sacudidas mecánicas que se producen durante los arranques y las paradas pueden ser inaceptables para la máquina así como para la seguridad y comodidad de los usuarios, - Funcionamiento a velocidad constante. Los arrancadores y variadores de velocidad electrónicos eliminan estos inconvenientes. Adecuados para motores de corriente tanto alterna como continua, garantizan la aceleración y deceleración progresivas y permiten adaptar la velocidad a las condiciones de explotación de forma muy precisa. Según la clase del motor, se emplean variados de tipo rectificador controlado, convertidor de frecuencia o regulador de tensión.
95 2.2 - Factores a tener en cuenta a la hora de diseñar un sistema de regulación de velocidad. a) Límites o gama de regulación. b) Progresividad o flexibilidad de regulación. c) Rentabilidad económica. d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada. e) Sentido de la regulación (aumento o disminución con respecto a la velocidad nominal). f) Carga admisible a las diferentes velocidades. g) Tipo de carga (par constante, potencia constante, etcétera). h) Condiciones de arranque y frenado. I) Condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.) j) Tipo de motor (potencia, corriente, voltaje, etc.). k) Rangos de funcionamiento (vel. máx., mín.) l) Aplicación momo o multimotor. m) Consideraciones de la red (micro interrupciones, fluctuaciones de tensión, armónicas, factor de potencia, corriente de línea disponible). - Ventajas de la utilización del Variador de Velocidad en el arranque de motores asíncronos. - El variador de velocidad no tiene elementos móviles, ni contactos. - La conexión del cableado es muy sencilla. - Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos. - Controla la aceleración y el frenado progresivo. - Limita la corriente de arranque. - Permite el control de rampas de aceleración y deceleración regulables en el tiempo. - Consigue un ahorro de energía cuando el motor funcione parcialmente cargado, con acción directa sobre el factor de potencia - Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo. Protege al motor. - Puede controlarse directamente a través de un autómata o microprocesador. - Se obtiene un mayor rendimiento del motor.
96 - Nos permite ver las variables (tensión, frecuencia, r.p.m, etc…). 2.4 - Inconvenientes de la utilización del Variador de Velocidad en el arranque de motores asíncronos. - Es un sistema caro, pero rentable a largo plazo. - Requiere estudio de las especificaciones del fabricante. - Requiere un tiempo para realizar la programación. Aplicaciones de los variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas: • Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc. • Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal. • Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc. • Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas. • Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de la cupla del motor. • Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
97 • Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales. • Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales. • Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque. • Pozos petrolíferos. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo. Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos Aceleración controlada La aceleración del motor se controla mediante una rampa de aceleración lineal o en «S». Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de aceleración adecuado para la aplicación. Variación de velocidad Un variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un regulador. En este caso, es un sistema, rudimentario, que posee un mando controlado mediante las magnitudes eléctricas del motor con amplificación de potencia, pero sin bucle de realimentación: es lo que se llama «en bucle abierto». La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en función de las perturbaciones (variaciones de la tensión de alimentación, de la carga, de la temperatura). El margen de velocidad se expresa en función de la velocidad nominal.
98 Regulación de la velocidad Un regulador de velocidad es un dispositivo controlado (figura 1). Posee un sistema de mando con amplificación de potencia y un bucle de alimentación: se denomina, «bucle abierto». La velocidad del motor se define mediante una consigna o referencia. El valor de la consigna se compara permanentemente con la señal de alimentación, imagen de la velocidad del motor. Esta señal la suministra un generador tacométrico o un generador de impulsos colocado en un extremo del eje del motor. Si se detecta una desviación como consecuencia de una variación de velocidad, las magnitudes aplicadas al motor (tensión y/o frecuencia) se corrigen automáticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial. Gracias a la regulación, la velocidad es prácticamente insensible a las perturbaciones. La precisión de un regulador se expresa generalmente en % del valor nominal de la magnitud a regular. Deceleración controlada Cuando se desconecta un motor, su deceleración se debe únicamente al par resistente de la máquina (deceleración natural). Los arrancadores y variadores electrónicos permiten controlar la deceleración mediante una rampa lineal o en «S», generalmente independiente de la rampa de aceleración. Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la velocidad de régimen fijada a una velocidad intermediaria o nula: - Si la deceleración deseada es más rápida que la natural, el motor debe de desarrollar un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la máquina; se habla entonces de frenado eléctrico, que puede efectuarse reenviando energía a la red de alimentación, o disipándola en una resistencia de frenado. - Si la deceleración deseada es más lenta que la natural, el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la máquina y continuar arrastrando la carga hasta su parada. Inversión del sentido de marcha
99 La mayoría de los variadores actuales tienen implementada esta función. La inversión de la secuencia de fases de alimentación del motor se realiza automáticamente o por inversión de la consigna de entrada, o por una orden lógica en un borne, o por la información transmitida a mediante una red. Frenado Este frenado consiste en parar un motor pero sin controlar la rampa de desaceleración. Con los arrancadores y variadores de velocidad para motores asíncronos, esta función se realiza de forma económica inyectando una corriente continua en el motor, haciendo funcionar de forma especial la etapa de potencia. Toda la energía mecánica se disipa en el rotor de la máquina y, por tanto, este frenado sólo puede ser intermitente. En el caso de un variador para motor de corriente continua, esta función se realiza conectando una resistencia en bornes del inducido. Protección integrada Los variadores modernos aseguran tanto la protección térmica de los motores como su propia protección. A partir de la medida de la corriente y de una información sobre la velocidad (si la ventilación del motor depende de su velocidad de rotación), un microprocesador calcula la elevación de temperatura de un motor y suministra una señal de alarma o de desconexión en caso de calentamiento excesivo. Además, los variadores, y especialmente los convertidores de frecuencia, están dotados de protecciones contra: - los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra, - las sobretensiones y las caídas de tensión, - los desequilibrios de fases, - el funcionamiento en monofásico. Composición de los variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia están compuestos por: • Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc.
100 • Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos. • Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate Bipolar Transistor) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobre corriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa del motor, sobre temperaturas, etc. • Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos en general, etc. Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las armónicas y mejorar el factor de potencia El Inversor o Inverter convierte la tensión continua de la etapa intermedia en una tensión de frecuencia y tensión variables. Los IGBT envían pulsos de duración variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor.
101 La frecuencia portadora de los IGBT se encuentra entre 2 a 16kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acústico del motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permisible del cable hacia el motor. Por otra parte, los IGBT´s generan mayor calor. Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad (potenciómetro o señales externas de referencia) estén aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.
102 Principales tipos de variadores de frecuencia Rectificador controlado motor de corriente continua Proporciona, a partir de una red de corriente alterna monofásica o trifásica, una corriente continua con control del valor medio de la tensión. Los semiconductores de potencia constituyen un puente de Graëtz, monofásico o trifásico (figura 7). El puente puede ser mixto (diodos/tiristores) o completo (sólo tiristores). Esta última solución es la más frecuente porque permite un mejor factor de forma de la corriente suministrada. El motor de corriente continua más utilizado tiene la excitación separada, salvo para pequeñas potencias, en las que suelen usarse frecuentemente motores de imán permanente. La utilización de este tipo de variadores de velocidad se adapta bien a todas las aplicaciones. Los únicos límites vienen impuestos por el propio motor de corriente continua, en especial por la dificultad de conseguir velocidades elevadas y la necesidad de mantenimiento (sustitución de las escobillas). Los motores de corriente continua y sus variadores asociados han sido las primeras soluciones industriales. Después de más de una década, su uso va en constante disminución en beneficio de los convertidores de frecuencia. En efecto, el motor asíncrono es a la vez más robusto y más económico que un motor de corriente continua. Contrariamente a los motores de corriente continua, los asíncronos se han estandarizado con envolvente IP55, siendo por tanto prácticamente insensibles al entorno (goteo, polvo y ambientes peligrosos).
103 Convertidor de frecuencia para motor asíncrono Suministra, a partir de una red de corriente alterna de frecuencia fija, una tensión alterna trifásica, de valor eficaz y frecuencia variables (figura 8). La alimentación del variador puede ser monofásica para pequeñas potencias (orden de magnitud de algunos kW) y trifásica para los mayores. Ciertos variadores de pequeña potencia aceptan indistintamente tensiones de alimentaciones mono y trifásicas. La tensión de salida del variador es siempre trifásica. De hecho, los motores asíncronos monofásicos no son adecuados para ser alimentados mediante convertidores de frecuencia. Los convertidores de frecuencia alimentan los motores de jaula estándar con todas las ventajas de estos motores: estandarización, bajo coste, robustez, estanqueidad, ningún mantenimiento. Puesto que estos motores son auto-ventilados, el único límite para su empleo es el funcionamiento a baja velocidad porque se reduce esta ventilación. Si se requiere este funcionamiento hay que prever un motor especial con una ventilación forzada independiente. Regulador de tensión para el arranque de motores asíncronos Suministra, a partir de una red de corriente alterna, una corriente alterna de frecuencia fija igual a la de la red, mediante el control del valor
104 eficaz de la tensión, modificando el ángulo de retardo de disparo de los semiconductores de potencia (dos tiristores montados en antiparalelo en cada fase del motor) (figura 9). Composición Los arrancadores y variadores de velocidad electrónicos se componen de dos módulos generalmente montados en una misma envolvente (figura 10):  Un módulo de control que controla el funcionamiento del aparato,  Un módulo de potencia que alimenta el motor con energía eléctrica. El módulo de control En los arrancadores y variadores modernos, todas las funciones se controlan mediante un microprocesador que gestiona la configuración, las órdenes transmitidas por un operador o por una unidad de proceso y los datos proporcionados por las medidas como la velocidad, la corriente, etcétera. Las capacidades de cálculo de los microprocesadores, así como de los circuitos dedicados (ASIC) han permitido diseñar algoritmos de mando con excelentes prestaciones y. en particular, el reconocimiento de los parámetros de la máquina arrastrada. A partir de estas informaciones, el microprocesador gestiona las rampas de aceleración y deceleración, el control de la velocidad y la limitación de corriente, generando las señales de control de los componentes de potencia. Las protecciones y la seguridad son procesadas por circuitos especializados (ASIC) o están integradas en los módulos de potencia (IPM).
105 Los límites de velocidad, las rampas, los límites de corriente y otros datos de configuración, se definen usando un teclado integrado o mediante PLC (sobre buses de campo) o mediante PC. Del mismo modo, los diferentes comandos (marcha, parada, frenado...) pueden proporcionarse desde interfaces de diálogo hombre/máquina, utilizando autómatas programables o PC. Los parámetros de funcionamiento y las informaciones de alarma, y los defectos pueden verse mediante displays, diodos LED, visualizadores de segmentos o de cristal líquido o pueden enviarse hacia la supervisión mediante un bus de terreno. Los relés, frecuentemente programables, proporcionan información de: - fallos (de red, térmicos, de producto, de secuencia, de sobrecarga), - vigilancia (umbral de velocidad, pre-alarma, final de arranque). Las tensiones necesarias para el conjunto de circuitos de medida y de control son proporcionadas por una alimentación integrada en el variador y separadas galvánicamente de la red. El módulo de potencia El módulo de potencia está principalmente constituido por: - Componentes de potencia (diodos, tiristores, IGBT...), - Interfaces de medida de las tensiones y/o corrientes, - Frecuentemente de un sistema de ventilación.
106 Componentes de Potencia Los componentes de potencia (figura 11) son semiconductores que funcionan en «todo o nada», comparables, por tanto, a los interruptores estáticos que pueden tomar dos estados: abierto o cerrado. Estos componentes, integrados en un módulo de potencia, constituyen un convertidor que alimenta, a partir de la red a tensión y frecuencia fijas, un motor eléctrico con una tensión y/o frecuencia variables. Los componentes de potencia son la clave de la variación de velocidad y los progresos realizados estos últimos años han permitido la fabricación de variadores de velocidad económicos. Los elementos semiconductores, tales como el silicio, tienen una resistividad que se sitúa entre los conductores y los aislantes. Sus átomos poseen 4 electrones periféricos. Cada átomo se asocia con 4 átomos próximos para formar una estructura estable con 8 electrones. Un semiconductor de tipo P se obtiene añadiendo al silicio puro una pequeña cantidad de un elemento que posea 3 electrones periféricos. Le falta, por tanto, un electrón para formar una estructura de 8 electrones, lo que se convierte en un exceso de carga positiva. Un semiconductor de tipo N se obtiene añadiendo un elemento que posea 5 electrones periféricos. Por tanto, hay un exceso de electrones, es decir, exceso de carga negativa.
107 Principales modos de funcionamiento Los variadores de velocidad pueden, según el convertidor electrónico, o hacer funcionar un motor en un solo sentido de rotación, y se llaman «unidireccionales», o en los dos sentidos de la marcha, y se llaman entonces «bidireccionales». Los variadores son «reversibles» cuando pueden recuperar la energía del motor al funcionar como generador (modo frenado). La reversibilidad se obtiene o retornando la energía hacia la red (puente de entrada reversible), o disipando la energía recuperada en una resistencia con un chopper de frenado. La figura 2 muestra las cuatro situaciones posibles de la gráfica par-velocidad de una máquina resumidas en la tabla que le acompaña. Hay que indicar que cuando la máquina funciona como generador recibe una fuerza de arrastre. Este estado se utiliza especialmente para el frenado. La energía cinética disponible en el eje de la máquina, o se transfiere a la red de alimentación, o se disipa en las resistencias, o, para pequeñas potencias, en la misma máquina, como pérdidas.
108 Variador unidireccional Este tipo de variador, la mayor parte de veces no reversible, se emplea para: - Un motor C.C., con un convertidor directo (c.a.-c.c.) con un puente mixto con diodos y tiristores (figura 3a), - Un motor C.A., con un convertidor indirecto (con transformación intermedia en cc) con un puente de diodos a la entrada seguido de un convertidor de frecuencia que hace funcionar la máquina en el primer cuadrante (figura 3b). En algunos casos este montaje puede utilizarse en bidireccional (cuadrantes 1 y 3). Un convertidor indirecto que tiene un chopper de frenado y una resistencia convenientemente dimensionada sirven perfectamente para un frenado momentáneo (ralentización de una máquina elevadora cuando el motor debe desarrollar un par de frenado al bajar para retener la carga). En caso de funcionamiento prolongado del motor con una carga que lo arrastre, es imprescindible un convertidor reversible, porque la carga es entonces negativa, por ejemplo, en el motor utilizado al frenar en un banco de pruebas. Variador bidireccional Este tipo de variador puede ser un convertidor reversible o no reversible. Si es reversible, la máquina funciona en los cuatro cuadrantes y puede permitir un frenado importante. Si es no reversible, sólo funciona en los cuadrantes 1 y 3.
109 Funcionamiento a par constante Se denomina funcionamiento a par constante cuando las características de la carga son tales, que, en régimen permanente, el par solicitado es sensiblemente constante sea cual sea la velocidad (figura 4). Este modo de funcionamiento se utiliza en las cintas transportadoras y en las amasadoras. Para este tipo de aplicaciones, el variador debe tener la capacidad de proporcionar un par de arranque importante (1,5 veces o más el par nominal) para vencer los rozamientos estáticos y para acelerar la máquina (inercia). Funcionamiento a par variable Se denomina funcionamiento a par variable cuando las características de la carga son tales que en régimen permanente, el par solicitado varía con la velocidad. Es en concreto el caso de las bombas volumétricas con tornillo de Arquímedes cuyo par crece linealmente con la velocidad (figura 5a) o las máquinas centrífugas (bombas y ventiladores) cuyo par varía con el cuadrado de la velocidad (figura 5b). Para un variador destinado a este tipo de aplicaciones, es suficiente un par de arranque mucho menor (en general 1,2 veces el par nominal del motor). Muy frecuentemente dispone de funciones complementarias como la posibilidad de omitir las frecuencias de resonancia correspondientes a
110 las vibraciones indeseables de la máquina. Es imposible funcionar más allá de la frecuencia nominal de la máquina porque sería una carga insoportable para el motor y el variador.
111 Funcionamiento a potencia constante Es un caso particular del par variable. Se denomina funcionamiento a potencia constante cuando el motor proporciona un par inversamente proporcional a la velocidad angular (figura 6). Es el caso, por ejemplo, de una enrolladora cuya velocidad angular debe disminuir poco a poco a medida que aumenta el diámetro de la bobina por acumulación de material. Es también el caso de los motores de huso de las máquinas herramienta. El margen de funcionamiento a potencia constante es por definición limitado: a baja velocidad, por la corriente proporcionada por el variador, y a gran velocidad, por el par disponible del motor. En consecuencia, el par motor disponible con los motores asíncronos y la capacidad de conmutación de las máquinas de corriente continua deben ser comprobados.
112 Medidas de seguridad Condiciones de trabajo  Los motores están diseñados para utilizarse en aplicaciones de accionamiento industrial.  La gama de temperatura ambiente normal es de –25° C a + 40° C.  La altitud máxima es de 1000 m por encima del nivel del mar. Seguridad  Todos los motores deben instalarse y manejarse por personal cualificado, familiarizado con todos los requisitos de seguridad relevantes. La seguridad y el equipo de prevención de accidentes requerido por las normas locales de sanidad y de seguridad deben estar siempre presentes en los lugares de montaje y de funcionamiento.  Por tanto, antes de energizar el motor:  Utilice la ropa adecuada (guantes de electricista, botas con puntas de acero, lentes protectores, etc.) para evitar cualquier accidente, de tipo eléctrico o mecánico, en el momento del montaje, instalación, y mantenimiento de los motores eléctricos trifásicos.  Nunca suba encima de un motor. Para evitar quemaduras, nunca debe tocarse la cubierta externa durante el funcionamiento del motor. Es posible que en algunos casos existan instrucciones especiales para ciertas aplicaciones de motores especiales (por ejemplo, suministro de convertidor de frecuencia). Utilice siempre cáncamos de elevación para levantar el motor.  Compruebe (con la ayuda de un multímetro) que las conexiones estén realizadas según los diagramas indicados.  Asegúrese de que las tuercas estén bien apretadas al montar el motor.  Cerciórese que el motor esté efectivamente conectado a tierra, para evitar cualquier descarga accidental por defectos de aislamiento o fallas en la red.  Compruebe que los elementos de control tales como: contactares, temporizadores, luces piloto, etc., tengan el tipo (AC o CD), como nivel de tensión ( 220, 110,  48 ó 24 V) adecuado.  Tenga en cuenta, que este tipo de arranques (tensiones conmutables, polos conmutables y de anillos rasantes) no pueden ser realizadas en cualquier tipo de motor, ya que deben satisfacer ciertas características importantes.  Todos los motores deben ser desarmados en algún momento, para darles mantenimiento periódico, por tanto asegúrese de que la energía eléctrica esté interrumpida a la hora de desarmar el motor. lectura baja indicará un error de aislamiento.  Algunas clases de aislamiento pueden dañarse por el aceite derramado de los cojinetes, revise siempre los devanados del estator.  Utilice ropa adecuada en el momento de realizar mantenimiento al motor, por ejemplo: lentes o gafas en el momento de limpiar la suciedad, casco, guantes, mascarillas; recuerde que lo más importante es su seguridad.  Antes de realizar cualquier conexión para la realización de pruebas, desconecte el motor a prueba, ya que puede causar accidentes.  Para las pruebas realizadas de aislamiento, debe tener cuidado al utilizar el Megger, ya que por ninguna razón debe tocar los bornes de los cables de conexión mientras realiza la prueba, para evitar descargas de tensión, ya que los cables del Megger están sometidos a 500 V, 1000 V, 2500 V y 5000 V, de corriente directa.
113  Aplique las siguientes medidas de seguridad antes de realizar el mantenimiento de un motor de corriente continua:  Coloque un rótulo cerca del área en donde trabaje; en el que se indique que se está trabajando en el mantenimiento del motor.  Baje los interruptores del lugar en donde se encuentre el motor y guárdelos en su bolsillo.  Mida la tensión en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero voltios).  Mida la intensidad en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero amperios).  PROTECCIÓN AMBIENTAL  Recoja todo aquel residuo o sobrante de materiales desechables como aceites o lubricantes, cojinetes en mal estado, motores inservibles, fajas, tornillos, pedazos de lija, etc., todos ellos ocupan un lugar entre los conocidos desechos industriales.  Tenga en consideración lo siguiente:  No derrame aceite en el suelo, utilice un recipiente plástico, cierre con una tapadera roscadle y deposítelo en la basura.  Tome el tiempo necesario para separar los distintos materiales y selecciónelos (cobre, aluminio, papel, vidrio, etc.)  Mantenga su basurero tapado, para evitar moscas u otros insectos.  Cuando realice mantenimiento a los motores y necesite cambiar los fusibles quemados, deposite los fusibles en un recipiente cerrado y deséchelos en el bote de basura.
114 Unidades de medida SI Esta sección explica alguna de las unidades del Sistena Internacional de Unidades (SI) que se utilizan en relación con los motores eléctricos y su aplicación. El sistema Internacional
115
116 Factores de conversión Las unidades que se utilizan normalmente para las aplicaciones técnicas son unidades del SI. Sin embargo, es posible encontrar otras unidades en las descripciones, dibujos, etc., especialmente cuando aparece el sistema de pulgadas. Recuérdese que el galón norteamericano y el galón británico no son el mismo. Para evitar confusión, se aconseja escribir US o UK después de la unidad.

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  • 2. 2 Objetivos  Aprender los principios básicos de los motores eléctricos.  Aplicar la teoría a los usos cotidianos de los motores eléctricos.  Reconocer los diferentes tipos de motores eléctricos  Con los contenidos de este manual, usted adquirirá los conocimientos requeridos para instalar y proveer mantenimiento a motores eléctricos trifásicos, de acuerdo a normas internacionales de calidad. Requisitos previos El participante deberá tener conocimientos básicos de electricidad y todos los instrumentos que se utilizan en el área además de tener los conocimientos básicos de seguridad en electricidad ya que se trabajara con un voltaje mayor que se utiliza en sus hogares. Resumen: En la presente monografía se presentan los motores paso a paso, con una breve introducción, el campo de aplicación y el principio de funcionamiento NORMALIZACIÓN El instituto encargado de preparar, revisar y analizar las normas técnicas en la fabricación de motores eléctricos a nivel internacional es la Comisión Electrotécnica Internacional (I.E.C.), con sede en Suiza, y en los Estados Unidos de Norte América lo hace la Asociación de Fabricantes Eléctricos Nacionales (NEMA). A nivel mundial los fabricantes de motores adoptan las normas de marcación de terminales de acuerdo con la normalización vigente en su respectivo país, derivadas principalmente de las normativas I.E.C. y NEMA. . Destacándose que en los motores fabricados bajo norma NEMA sus cables de conexión son marcados con números desde el 1 al 12 y los fabricados bajo norma IEC tienen una marcación que combina las letras U, V, W y los números desde el 1 hasta el 6. Los diseños incluyen las tensiones a las cuales podrán ser energizados y cada norma en particular realiza su marcación de terminales de conexión. La gran mayoría de fabricantes diseñan los motores con bobinados para operar a dos (2) Tensiones de servicio, destacándose que los Motores NEMA tienen una relación de conexionado de 1 :2, es decir que una tensión es el doble de la otra. Ej. 230/460 V y en los Motores IEC se presenta un diseño con una relación de 1:1,732, Ej. 220/380 V. Existen diseños en los cuales esto no se cumple y se fabrican motores para operar a un sólo voltaje y con una sola conexión.
  • 3. 3 Índice Tabla de contenido.............................................................................................................................. 3 Electricidad.......................................................................................................................................... 7 Voltaje ................................................................................................................................................. 9 Amperaje........................................................................................................................................... 10 Motores Eléctricos ............................................................................................................................ 12 Principio de funcionamiento............................................................................................................. 13 Ventajas y clasificación...................................................................................................................... 14 Clasificación....................................................................................................................................... 15 Clasificación de Motores de corriente continúa .............................................................................. 16 Sentido de giro .................................................................................................................................. 17 Pérdidas y eficiencia.......................................................................................................................... 18 Aplicación.......................................................................................................................................... 19 Características de instalación............................................................................................................ 20 Condiciones de alimentación ............................................................................................................ 20 Par ..................................................................................................................................................... 21 Potencia............................................................................................................................................. 22 Revoluciones ..................................................................................................................................... 24 Pares de polos................................................................................................................................... 24 Rendimiento...................................................................................................................................... 26 Tensión de servicio............................................................................................................................ 27 Frecuencia de red (HZ)...................................................................................................................... 27 Corriente de arranque....................................................................................................................... 29 Ruido ................................................................................................................................................. 31 Ventilador.......................................................................................................................................... 32 Ruido propagado por el aire y por la estructura............................................................................... 32 Ruido propagado por el aire ............................................................................................................. 32 Ruido propagado por la estructura................................................................................................... 33 Motores de bajo ruido ...................................................................................................................... 33 Nivel de presión sonora y nivel de potencia sonora......................................................................... 33 Filtros de medición............................................................................................................................ 34 El factor de potencia ......................................................................................................................... 35
  • 4. 4 Factor de potencia en Sistema monofásico y sistema trifásico. ....................................................... 35 La potencia efectiva o real (Activa)................................................................................................... 35 La potencia reactiva Q....................................................................................................................... 36 La potencia aparente o total S ......................................................................................................... 36 ¿Por qué existe bajo factor de potencia? ......................................................................................... 38 Corrector de Factor de Potencia CFP ................................................................................................ 38 Consecuencias de un Factor de Potencia alto.................................................................................. 39 Problemas técnicos: .......................................................................................................................... 39 Beneficios económicos:..................................................................................................................... 39 Identificación de la placa de un motor.............................................................................................. 43 Tipos de motores CD......................................................................................................................... 51 Tipos de motores eléctricos.............................................................................................................. 51 Partes fundamentales de un motor CA............................................................................................. 52 Motores CD ....................................................................................................................................... 53 Generadores de corriente directa CD. .............................................................................................. 55 Clasificación de generadores de corriente continúa CD. .................................................................. 55 Generador con excitación en paralelo (shunt).................................................................................. 56 Generador con excitación en serie ................................................................................................... 56 Generador con excitación compound............................................................................................... 57 Regulación de voltaje de un generador de corriente directa CD...................................................... 58 Motores de corriente alterna............................................................................................................ 61 El motor síncrono.............................................................................................................................. 61 Características................................................................................................................................... 62 Aplicaciones....................................................................................................................................... 63 Partes fundamentales de un motor síncrono ................................................................................... 64 Tipos de Excitación............................................................................................................................ 64 Revoluciones ..................................................................................................................................... 66 Sistema trifásico de tensiones........................................................................................................... 68 Frecuencia y número de polos.......................................................................................................... 68 Reacción de armadura ...................................................................................................................... 70 Carga óhmica pura ............................................................................................................................ 70 Carga inductiva pura ......................................................................................................................... 72
  • 5. 5 Carga capacitiva pura........................................................................................................................ 73 Motores de corriente alterna............................................................................................................ 74 Motores monofásicos ....................................................................................................................... 74 Tipos de motores monofásicos. ........................................................................................................ 75 Motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque.................................................................... 75 Motor monofásico de espira en cortocircuito .................................................................................. 76 Motor universal................................................................................................................................. 78 Motores asíncronos trifásicos........................................................................................................... 80 Rotor de Jaula de ardilla.................................................................................................................... 80 De rotor devanado ............................................................................................................................ 81 Partes fundamentales de un motor eléctrico ................................................................................... 82 Tipo de carcasa.................................................................................................................................. 82 Tipos de base..................................................................................................................................... 82 Caja de conexiones (Bornes)............................................................................................................. 82 Cojinetes (rodamientos).................................................................................................................... 83 Duración del rodamiento .................................................................................................................. 83 Montaje de rodamientos .................................................................................................................. 83 Tipos de conexiones.......................................................................................................................... 84 Conexiones en Delta y estrella de 6 puntas...................................................................................... 85 Conexiones en Delta y estrella de 9 puntas...................................................................................... 86 Conexiones en Doble Delta y Doble estrella de 9 puntas ................................................................ 87 Conexión en Delta y Estrella de 12 puntas........................................................................................ 88 Conexión en Doble Delta y Doble Estrella de 12 puntas................................................................... 89 Deslizamiento.................................................................................................................................... 90 Sistemas de regulación de velocidad de un motor asíncrono .......................................................... 92 Variadores de frecuencia .................................................................................................................. 92 Descripción........................................................................................................................................ 94 Aplicaciones de los variadores de frecuencia ................................................................................... 96 Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos.................................................. 97 Aceleración controlada ..................................................................................................................... 97 Variación de velocidad...................................................................................................................... 97 Regulación de la velocidad................................................................................................................ 98
  • 6. 6 Deceleración controlada ................................................................................................................... 98 Inversión del sentido de marcha....................................................................................................... 98 Frenado ............................................................................................................................................. 99 Protección integrada......................................................................................................................... 99 Composición de los variadores de frecuencia................................................................................... 99 Principales tipos de variadores de frecuencia ................................................................................ 102 Rectificador controlado motor de corriente continua.................................................................... 102 Convertidor de frecuencia para motor asíncrono........................................................................... 103 Regulador de tensión para el arranque de motores asíncronos..................................................... 103 Composición.................................................................................................................................... 104 El módulo de control....................................................................................................................... 104 El módulo de potencia .................................................................................................................... 105 Componentes de Potencia.............................................................................................................. 106 Principales modos de funcionamiento............................................................................................ 107 Variador unidireccional................................................................................................................... 108 Variador bidireccional..................................................................................................................... 108 Funcionamiento a par constante .................................................................................................... 109 Funcionamiento a par variable ....................................................................................................... 109 Funcionamiento a potencia constante............................................................................................ 111 Medidas de seguridad..................................................................................................................... 112 Unidades de medida SI.................................................................................................................... 114 Factores de conversión ................................................................................................................... 116
  • 7. 7 Electricidad La cantidad de corriente que fluye por un circuito depende del voltaje que suministra la fuente de voltaje, el flujo de corriente también depende de la resistencia que opone el conductor frente al paso de energía eléctrica, la resistencia de un cable depende dela conductividad del cable o el material del que se hizo el cable, la resistencia eléctrica de un cable es menor en los cables más delgados que en los gruesos también entre más largo el cable aumenta la resistencia, lo mismo ocurre con la temperatura entre más baja sea la temperatura del conductor menor va a ser la resistencia como lo que ocurre con los superconductores la resistencia se mide en ohms. Circuitos en serie En un circuito de en serie las resistencias están compiladas una a continuación de las otra. De tal manera que la totalidad de la corriente pasa por cada resistencia la resistencia total de un circuito en serie se calcula con la siguiente formula: Rt= R1 +R2+ RN… Si un elemento falla todo el circuito falla.
  • 8. 8 Circuito en paralelo La mayoría de los circuitos están conectados en paralelos de manera que cada dispositivos puede funcionar independientemente de los demás cuando se conectan en paralelo los dispositivos forman ramas cada una del as cuales constituye un camino diferente en cada una de las ramas el voltaje es idéntico en cada rama . Circuitos mixtos Están compuestos por resistencias formadas en paralelo y en serie
  • 9. 9 La electricidad es una forma de energía más usada por el hombre moderna ya que nuestra vida gira entorno a ella la mayor parte de los aparatos electrodomésticos funcionan con energía eléctrica así como se usa en la industria de la comunicación y de la informática . La energía es la capacidad de producir trabajo mediante la circulación de energía eléctrica atreves de conductores, produce energía mecánica luminosa y térmica la obtención de energía eléctrica se obtienen promedio de un fenómeno físico llamado inducción electromagnética esto se produce haciendo pasar un conductor atreves de campo eléctrico variado. El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor. Voltaje
  • 10. 10 Amperaje Es la cantidad de electrones que circulan por un elemento eléctrico en la unidad de tiempo. La intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios (A).El amperaje no es otra cosa que la fuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando entre dos puntos, estos son el negativo y el positivo a través de un conductor o cable eléctrico. La corriente eléctrica circula del negativo hacia el positivo.  Para medir la intensidad se utiliza el amperímetro  El amperímetro se conecta en serie, de modo que todos los electrones tengan que pasar por él.
  • 11. 11 Ley de ohm La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica. No sirve para calcular le resistencia y el voltaje adecuado para cada circuito Formulas Principios del magnetismo
  • 12. 12 Motores Eléctricos Un motor eléctrico es una maquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos. Fundamentos de operación de los motores eléctricos En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se Eléctricos Especiales repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. En la figura 1.9 se muestra como se produce el movimiento de rotación en un motor eléctrico. Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampere observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.
  • 13. 13 Principio de funcionamiento Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. La velocidad de giro de los motores eléctricos suele tener un valor fijo, a no ser que se utilicen variadores electrónicos de frecuencia.
  • 14. 14 Ventajas y clasificación En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión: A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes. Clasificación general de los motores eléctricos Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.
  • 15. 15 Clasificación Debido a que son muchos y variados los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas de catalogarlos. A continuación se muestran algunas de las formas más usuales: Corriente directa - • Por su alimentación eléctrica Corriente alterna - Universales - Flecha Solida • Por su flecha Flecha hueca Ventilados • Por su ventilación Autoventilados – tienen un ventilador en el rotor Cerrada Abierta • Por su carcasa A prueba de goteo Sumergible A prueba de explosión
  • 16. 16 Clasificación de Motores de corriente continúa Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:  Motor serie  Motor compound  Motor shunt  Motor eléctrico sin escobillas Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:  Motor paso a paso  Servomotor  Motor sin núcleo Selección de un motor eléctrico Es importante hacer una buena selección de un motor eléctrico, ya que de ello dependerá la oportunidad de obtener la mayor vida útil del equipo, y una máxima eficiencia, lo que retribuirá directamente a evitar posibles descomposturas o fallas. Fundamentos de selección de un motor eléctrico La selección de un motor depende primordialmente de tres aspectos: a) La instalación b) La operación c) El mantenimiento Los pasos a seguir para una adecuada selección de un motor eléctrico son: 1) La determinación de la fuente de alimentación 2) La potencia nominal 3) La velocidad de rotación 4) El ciclo de trabajo (continuo o intermitente) 5) El tipo de motor 6) El tipo de carcasa Así mismo, debemos considerar las condiciones ambientales de instalación, y algunas características como el acoplamiento de la carga, los accesorios, y las modificaciones mecánicas necesarias.
  • 17. 17 También es importante considerar en la selección de un motor eléctrico, las condiciones de servicio, siendo las más importantes: a) Exposición a una temperatura ambiente b) Instalación en partes o alojamientos completamente cerrados o abiertos, buscando una buena ventilación del motor. c) Operación dentro de la tolerancia de +10% y -10% del voltaje nominal d) Una operación dentro del valor de frecuencia del +5% y -5% e) Operación dentro de una oscilación de voltaje del 1% o menos Sentido de giro El sentido de giro está relacionado directamente con la conexión de las bobinas auxiliares con respecto a las de trabajo. El motor tiene un sentido de rotación, tan es así, que si se quiere que gire en sentido contrario, solo hay que permutar o invertir las conexiones de las auxiliares, la entrada por la salida o viceversa en las dos líneas. En los estatores de polos salientes, el auxiliar es un anillo de cobre montado en una hendidura del mismo polo, y que por inducción forma otra polaridad, por lo que se le llama de polo sombreado, pero retrasado en tiempo, lo que genera un movimiento de balance magnético, obligando el giro en un sentido. Para que el motor gire en sentido contrario, solo hay que desarmarlo y armar el estator, de modo que lo que estaba de frente quede atrás y así el anillo que puede estar a la derecha, quedará a la izquierda.
  • 18. 18 Pérdidas y eficiencia. En un motor la eficiencia de la potencia se ve afectada por las pérdidas mecánicas y las perdidas eléctricas como se muestra en la figura 2.1. Así que la potencia real [Pr] es el producto de la tensión por la corriente, menos la potencia de perdidas [Pp].
  • 19. 19 Aplicación. Como sabemos, el motor eléctrico es una maquina rotatoria de movimiento infinito, que convierte energía eléctrica en energía mecánica, como consecuencia desarrollamos directamente en su aplicación trabajos mecánicos primordialmente rotatorios, sin embargo, mediante dispositivos, podemos convertir el movimiento rotatorio en movimientos bien determinados, dependiendo de su aplicación. Tipo de maquinaria impulsada La aplicación de un motor se determina directamente por las características de trabajo que va a desarrollar, particularmente para cada aplicación, ésta es determinada concisamente por el factor de servicio, que lo definimos como las características de aplicación del motor eléctrico según el requerimiento de la maquina impulsada. Pueden ser: bombas hidráulicas, compresores, maquinas herramienta [figura 2.2], ventiladores, molinos, reloj, reproductor de CD, sistemas de transporte…, por citar algunos.
  • 20. 20 Características de instalación Las características de instalación están formadas por un conjunto de elementos, que sirven para dotar de las mejores condiciones a una maquina o equipo para su óptimo funcionamiento, como puede ser: Instalación:  Posición  Cimentación Condiciones Ambientales  Temperatura  Ambiente Condiciones de alimentación Corriente Directa  Voltaje  Frecuencia Corriente Alterna  Numero de fases  Frecuencia  Factor de potencia (cos Φ)  Voltaje Condiciones de alimentación Los motores eléctricos pueden ser alimentados por sistemas de una fase, denominándose motores monofásicos El motor monofásico normalmente está preparado para ser conectado en la red de 110 V o 220 V. Sin embargo hay sitios donde la tensión monofásica puede ser 115 V o 254 V. En estos casos debe ser aplicado un motor específico para estas tensiones. Y si son alimentados por 2 líneas de alimentación, se les nombra motores bifásicos; siendo así que los motores trifásicos son aquellos que se alimentan de tres fases, también conocidos como sistemas polifásicos. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2 300 V y 6000 V. Son los motores más utilizados, pues los motores monofásicos tienen limitación de potencia, y además de esto suministran rendimientos y pares menores, lo que aumenta su costo operacional.
  • 21. 21 Par Se genera un momento de giro cuando una fuerza se aplica fuera del centro de giro de un cuerpo. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina par M de la fuerza. Par: Símbolo M M = F * r [M] =N * m Cuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales, la palanca se encuentra en equilibrio, o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes, la palanca girará en el sentido del par mayor. En las máquinas eléctricas rotativas, también se representan por pares (Fig.1.12). Fig. 1.12 Ley de la palanca En el estator se origina un campo magnético de fluj hierro dulce magnético, con muescas o ranuras en las que se insertan los conductores. Comentario El par motor depende directamente de las corrientes del rotor, y tenemos que saber que en el momento que en el momento del arranque son muy elevadas, disminuyendo a medida que se aumenta la velocidad. De esta forma distinguimos dos tipos de par: par de arranque y el par normal .esto sucede porque al ir aumentando la velocidad del rotor se cortan menos líneas de fuerza en el estator y, claro está también las fuerzas electromotrices del rotor disminuyen , de este modo obtenemos que las corrientes del rotor disminuyen junto con el par de motor . Lo importante de esta explicación es que con los motores asíncronos podemos manejar cargas difíciles porque tenemos un par de arranque elevado (hasta tres veces el par normal
  • 22. 22 Potencia La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. La relación entre estas cantidades está dada por la expresión: Fig. 1.13 La potencia de un motor se da en HP o en watts Estas medidas cuantifican la cantidad de trabajo que un motor es capaz de desarrollar en un periodo especifico de tiempo. Dos son los factores importantes que determinan la potencia mecánica de salida en los motores: el par y la velocidad. Se define la potencia como el cociente del trabajo W (medido en Joule) por el tiempo t (medido en segundos); la ecuación de la potencia es: P = W / t Dónde: P = es la potencia, en vatios [W], W = es el trabajo en joule [J], T = es el tiempo que se emplea para efectuar el trabajo, en segundos [s]
  • 23. 23 Se mide generalmente en joules por segundo (watts), pero también puede medirse en el sistema inglés en libra pie por segundo (lb p/s) o en caballos de fuerza (HP). Un caballo de fuerza es la unidad de potencia igual a 746 watts o 3300 lb/pie por minuto o 550 lb/pie por segundo. Un Watt (vatio), es la unidad base de la potencia eléctrica, en los motores grandes la potencia se indica en Kilowatts (KW), por ejemplo, la salida de un motor de 5 HP es 3.73 kW, ya que : Para convertir los valores de unidades de potencia, usted puede usar las formulas abajo: Ejemplo: Dado un motor de 5 HP, transforme para kW: Nota: La potencia especificada en la placa de identificación del motor, indica la potencia mecánica disponible en la punta del eje. Para obtener la potencia eléctrica consumida por el motor (kW.h), se divide la potencia en kW por su eficiencia (η). Ejemplo:
  • 24. 24 Revoluciones Es el número de giros que el eje desarrolla por unidad de tiempo. La rotación normalmente es expresa en RPM (rotaciones por minuto). Para las frecuencias de 50 Hz y 60 Hz, tenemos solo aplica a motores síncronos: Los motores de 2 y 4 polos son los más vendidos en el mercado. Deslizamiento: El concepto de deslizamiento es usado para describir la diferencia entre la rotación sincrónica y la rotación efectiva en la punta del eje del motor. Factores como la carga o inclusive la variación de la tensión de la red de alimentación, pueden influenciar en la rotación del motor Pares de polos Una barra de un imán (Fig. 1.14) consta de dos polos:Norte (N) y Sur (S), también puede decirse que la barra de un imán consta de un par de polos. La frecuencia siempre viene registrada en los datos de placa de características del motor, y debido a que la misma depende del número de polos, es relativamente fácil calcular el número de éstos, a partir de la frecuencia.
  • 25. 25 La ecuación para calcular el número de polos de una máquina rotativa es la siguiente: Y para calcular los pares de polos la ecuación es: Dónde: p = es el número de pares de polos “no tiene unidades de medida” No. = de polos (es el número de polos) “no tiene unidades de medida” f = es la frecuencia eléctrica en Hz n = es la frecuencia de giro en rad/s 120 y 60 son constantes Comentario: Algo importante entre mayor número de polos tenga un motor menor va a hacer sus números de revoluciones.
  • 26. 26 Rendimiento En la transformación de energía, por ejemplo en un convertidor, aparecen efectos secundarios que no son intencionados, pero tampoco evitables. Así, la corriente calienta los hilos del devanado; el material del núcleo y los polos se calientan también por magnetización. Además aparecen rozamientos de cojinetes y corrientes de aire. La cantidad de energía desperdiciada en los efectos secundarios se designa como pérdidas. Solo una parte de la energía primitiva se transforma en la energía deseada; otra parte se transforma en pérdidas de energía, generalmente como calor. En general, la relación entre utilización y consumo se designa como rendimiento h. Si se compara la potencia de salida (potencia utilizable) con la potencia de entrada (potencia aplicada), el rendimiento o eficiencia es la relación entre potencia de salida y potencia de entrada. Es importante que ambas potencias deban estar expresadas en las mismas unidades. η = rendimiento Pab = potencia de salida Pzn = potencia de entrada El rendimiento puede ser dado como un número decimal o en tanto por ciento (%). Como la potencia de salida es siempre menor que la potencia de entrada, el rendimiento es siempre menor que 1 o que el 100%. Fig. 1.17 Tabla 1.2 Ejemplos de rendimiento Ejemplo: un motor consume 5 kW de potencia eléctrica y produce 4 kW de potencia mecánica. ¿Cuál es su rendimiento?
  • 27. 27 Tensión de servicio Los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de la tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizados a servir; los voltajes secundarios normalizados en el sistema de la Empresa Eléctrica, es exclusivo para 120/240 voltios, monofásicos 3 alambres, corriente alterna, 60 Hz. A solicitud del consumidor y después de que la EEGSA haya investigado la posibilidad de prestar un servicio trifásico de 4 alambres, 208/120 voltios; como también las tensiones trifásicas como lo son 240/120 voltios, delta 4 alambres, y para servicios generales en donde los transformadores son proporcionados por el usuarios, se pueden suministrar: 1) 480/240 voltios, 3 fases, delta, 4 alambres 2) 416Y/240 voltios, 3 fases, estrella aterrizada, 4 alambres 3) 480Y/277 voltios, 3 fases Tensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor. Frecuencia de red (HZ) Es el número de veces que un determinado evento se repite en un determinado intervalo de tiempo. La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo. La frecuencia es un factor importante, ya que influye directamente en la rotación del motor eléctrico. La frecuencia de la corriente alterna queda definida por la rapidez con la que se repite cada período; concretamente, la frecuencia mide el número de períodos comprendidos en un tiempo de t = 1 segundo. La frecuencia se representa por la letra f, y se mide en Hercios o Hertz, unidad que se suele representar por Hz. La frecuencia puede expresarse fácilmente, si en lugar de un tiempo cualquiera se toma el tiempo exacto T de un período. El número de ciclos será entonces 1.
  • 28. 28 Fig. 1.18 Tensión de frecuencia de 50 Hz Fórmula para calcular la frecuencia es: Frecuencia = Un ciclo Período Las frecuencias usuales son de 50 y de 60 Hz. El período T en segundos, es el tiempo que dura una revolución, una vuelta completa o un ciclo (es una oscilación completa de una tensión o una corriente alterna). Ciclo: la curva representada en la figura 1.19 representa una oscilación. Después de los 360° la curva vuelve a empezar. Este fenómeno es, pues, periódico, ya que se repite cuando se suceden varias oscilaciones.
  • 29. 29 Corriente de arranque La interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cos, rendimiento η, tensión Frecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motores trifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función de la velocidad. La fig. 1.20 muestra dos gráficas con características típicas para motores asíncronos trifásicos. De las características de carga (Fig. 1.20a) se puede deducir el comportamiento del motor en vacío y cuando está cargado (con carga). El factor de potencia cos ϕ en vacío es muy pequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductiva de los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cos Φ. Fig. 1.20 Curvas características de un motor asíncrono trifásico con barras redondas (Incisos a y b)
  • 30. 30 Cuando se habla de valores favorables se indica que tanto el rendimiento η como el factor de potencia cos ϕ, son grandes. Como al seguir aumentando la carga a partir de un determinado valor decrece el rendimiento y el aumento del factor de potencia es insignificante, el funcionamiento de régimen nominal se obtiene para aquel punto, en el que el producto del rendimiento η por el factor de potencia cos ϕ es máximo. Las características en función de la velocidad (Fig. 1.20), muestran la dependencia de n, la intensidad consumida I y del par M. La curva que da el par en función de la frecuencia de giro, tiene una forma típica para las máquinas asíncronas trifásicas, con un pico (máximo) y un valle (mínimo). Si el par resistente es mayor que el máximo de la curva la máquina no podrá vencerlo y se detendrá. La corriente I precisa para arrancar, es muy intensa e irá decreciendo rápidamente, al aumentar la velocidad. Las características trazadas en la fig. 1.20 pertenecen a un motor asíncrono trifásico con rotor de barras redondas. Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente de arranque IA de 7 a 10 veces la corriente nominal IN. La corriente de arranque IA es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionar al motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor. IA = 7x IN y puede llegar hasta IA = 10 x IN Por ejemplo: Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10 amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de: IA = 7 x IN = 7 x 10 A= 70 A IA = 10 x IN = 10 x 10 A = 100 A Se concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan varios métodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, ya que estas debilitan a los embobinados. Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella – delta como se muestra el la fig. 1.21; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, Δ).
  • 31. 31 Conexión en estrella Conexión en Delta Fig. 1.21 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranque Estrella – delta (triángulo) Ruido Actualmente el ruido está sujeto a regulaciones estrictas, con niveles máximos permitidos. En consecuencia, consideramos la reducción del nivel de ruido como uno de los principales criterios de diseño en el desarrollo de nuestros motores. Componentes del ruido Los principales componentes del ruido en un motor son el ventilador y el circuito electromagnético. A altas velocidades y a altas potencias, el ruido del ventilador es predominante; a bajas velocidades predomina el del circuito electromagnético. En los motores de anillos, las escobillas y los anillos suponen un ruido añadido
  • 32. 32 Ventilador El ruido del ventilador se puede reducir mediante un diseño optimizado del ventilador. Similarmente, un incremento del rendimiento general del motor permite reducir el diámetro del ventilador. Sin embargo, el ventilador debe ser suficientemente grande como para generar el flujo de aire necesario para asegurar una refrigeración adecuada del motor. El nivel de ruido de los motores grandes se puede reducir mediante la incorporación de un silenciador. En los motores grandes de 2 polos, es posible utilizar un ventilador unidireccional que gire solamente en una única dirección, con lo que se generaría menos ruido. Ruido propagado por el aire y por la estructura El ruido puede propagarse de dos maneras. El ruido propagado por el aire es el generado por el ventilador; el ruido de la estructura es el generado por los rodamientos y por el ruido magnético al vibrar por la carcasa del motor, las fundaciones, las paredes y cualquier tipo de conducción. Ruido propagado por el aire Dependiendo de la aplicación, el ruido propagado por el aire puede reducirse mediante un silenciador, un ventilador unidireccional o mediante la instalación de un motor refrigerado por agua. Por ejemplo, elegir un motor refrigerado por aire y agua proporciona un nivel de ruido mucho más bajo a altas potencias y es mucho más barato que uno de refrigeración aire- aire totalmente cerrado. Un motor totalmente cerrado con una refrigeración por aire con entrada y salida separadas presenta por lo general el mismo nivel de ruido que un motor con refrigeración de agua e incluso cuesta menos. Dado que a menudo los motores grandes se instalan en salas separadas, el nivel de ruido tiene una importancia secundaria.
  • 33. 33 Ruido propagado por la estructura Un método efectivo para eliminar el ruido propagado por la estructura es montando cuidadosamente unos amortiguadores de vibración dimensionados. Sin embargo, elegir arbitrariamente los amortiguadores de vibración puede empeorar el problema del ruido. Motores de bajo ruido La mayoría de fabricantes suministran versiones con bajo ruido para motores grandes y motores de altas velocidades. Sin embargo, para alcanzar niveles bajos de ruido, el diseño del motor presenta modificaciones que pueden afectar la refrigeración. En algunos casos, puede ser que un motor grande deba presentar necesariamente la potencia requerida, lo cual haría aumentar su coste. Por ello, el coste de un motor de bajo ruido debería compararse con el coste de otras medidas de reducción de ruido que puedan aplicarse a la planta. Nivel de presión sonora y nivel de potencia sonora El sonido equivale a ondas de presión enviadas por un objeto a través del medio (generalmente el aire) en el que se encuentra. Durante una prueba de ruido, la presión sonora se mide en dB. La diferencia entre la presión sonora detectable para el oído humano y el límite del dolor humano es de 1:10.000.000. Dado que la diferencia de presión es tan grande y que la diferencia de 10 dB que percibimos es como el doble del nivel sonoro, se utiliza una escala logarítmica, en la que: Nivel de presión sonora Lp = 10 log (P/P0)2 dB P0 = 2* 10 - 5 (Pa) ruido mínimo detectable P = presión mesurable (Pa) La presión sonora se mide en una sala de pruebas para eliminar el ruido reflejado y las fuentes externas. Se coloca un micrófono en varios puntos a un metro del motor parar medir el sonido desde distintas direcciones. Como el nivel de ruido varía en distintas direcciones debido a la influencia de las fuentes, se aplica una tolerancia de 3 dB (A) para el nivel de presión sonora media. El nivel sonoro medido (Lp) puede ser convertido en potencia radiada desde la fuente sonora para determinar el nivel de potencia sonora (Lw). La fórmula para ello es: Lw = Lp + Ls (Ls se calcula desde la superficie a medir, según DIN)
  • 34. 34 Filtros de medición Para medir el sonido compuesto, se utilizan amplificadores y filtros distintos. Detrás de los resultados en dB medidos de esta forma se les añade (A), (B) o (C), dependiendo del filtro usado. Normalmente sólo se da el resultado en dB (A), el cual corresponde al más próximo a la percepción auditiva. Los filtros pasan toda la gama de frecuencia pero atenúan o amplifican algunas de sus partes. Las características del filtro corresponden a las curvas estilizadas de 40, 70 y 100 phons para los tonos puros. La información sobre el nivel de presión sonora sólo tiene sentido si se establece la distancia desde la fuente sonora. Por ejemplo, 80 dB (A) a una distancia de un metro desde una fuente sonora corresponde a 70 dB (A) a tres metros de la fuente
  • 35. 35 El factor de potencia Potencia: la potencia consumida en un elemento cualquiera de un circuito es la velocidad con la que la energía eléctrica es convertida en cualquier otra forma de energía (calorífica, mecánica, química etc.) El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (en watts, W), y la potencia aparente (en Volts- Amper, VA) y describe la relación entre la potencia de trabajo o real y la potencia total consumida. FP= P/S Factor de potencia en Sistema monofásico y sistema trifásico. El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. La potencia efectiva o real (Activa) Es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras formas de energía como: mecánica, lumínica, térmica, química, entre otras. Esta energía corresponde a la energía útil o potencia activa o simplemente potencia, similar a la consumida por una resistencia Unidades: Watts (W) Símbolo: P  Sistema monofásico: P = V I COS ϕ  Sistema trifásico P: = √3 V I COS ϕ P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W) I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi” √3=Valor constante en los sistemas trifásicos
  • 36. 36 La potencia reactiva Q Es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores, requieren potencia activa para efectuar un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es utilizada para la generación del campo magnético, almacenaje de campo eléctrico que en sí, no produce ningún trabajo. La potencia reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia activa. Unidades: Volts-amperes reactivos (VAR) Símbolo: Q • Sistema monofásico: Q = V I sen ϕ • Sistema trifásico: Q = √3 V I sen ϕ Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR) S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W) √3=Valor constante en los sistemas trifásicos La potencia aparente o total S Es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también: Unidades: Volts-amperes (VA) Símbolo: S • Sistema monofásico: S = V I • Sistema trifásico: S = √3 V I S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) V = Voltaje de la corriente, expresado en volt I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A) √3=Valor constante en los sistemas trifásicos Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna. El factor de potencia (fp) es la relación entre las potencias activa (P) y aparente (S) si las corrientes y tensiones son señales sinusoidales.
  • 37. 37  Potencia activa (P) (resistiva)  Potencia reactiva (Q) (inductiva)  Potencia aparente (S) (total) Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1. • En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario. • En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a la tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado. • En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado. Por medio de una tabla se puede calcular el factor de potencia actual y se pude ver o calcular factor de potencia para arreglarlo
  • 38. 38 ¿Por qué existe bajo factor de potencia? La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento elementos como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración, entre otros. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable, un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia. Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía. • Cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo Ø se incrementa y disminuye el factor de potencia. Factor de potencia VS ángulo Ø Corrector de Factor de Potencia CFP La finalidad de corregir el factor de potencia es reducir o aun eliminar el costo de energía reactiva en la factura de electricidad. Para lograr esto, es necesario distribuir las unidades capacitivas, dependiendo de su utilización, en el lado del usuario del medidor de potencia. Existen varios métodos para corregir o mejorar el factor de potencia, entre los que destacan la instalación de capacitores eléctricos o bien, la aplicación de motores síncronos que finalmente actúan como capacitores • Compensación individual en motores • Compensación por grupo de cargas • Compensación centralizada • Compensación combinada
  • 39. 39 Consecuencias de un Factor de Potencia alto Entre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia podemos mencionar los siguientes: Aumento en la corriente Incrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales son una función del cuadrado de la corriente, ejemplo: -Los cables entre el medidor y el usuario -Los embobinados de los transformadores de distribución -Dispositivos de operación y protección Aumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente suministro de potencia a las cargas, éstas sufren una reducción en su potencia de salida. Esta caída de tensión afecta a: -Embobinados de transformadores de distribución -Cables de alimentación -Sistema de protección y control Estas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de energía eléctrica. El productor penaliza al usuario con factor de potencia bajo haciendo que pague más por su electricidad. -Es por esta razón que las compañías de electricidad cargan tarifas más altas cuando el factor de potencia es bajo. Problemas técnicos: • Mayor consumo de corriente. • Aumento de las pérdidas en conductores. • Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución. • Incremento de las caídas de voltaje. Beneficios económicos: • Reducción de los costos por facturación eléctrica. • Eliminación del cargo por bajo factor de potencia. • Bonificación de hasta un 2.5 % de la facturación cuando se tenga factor de potencia mayor a 0.9
  • 40. 40 Ejemplo 1:Se tiene un motor trifásico de 20 kW operando a 440 V, con un factor de potencia de 0.7, si la energía se entrega a través de un alimentador con una resistencia total de 0.166 Ohms calcular: • A) La potencia aparente y el consumo de corriente • B) Las pérdidas en el cable alimentador • C) La potencia en kVAR del capacitor que es necesario para corregir el F.P. a 0.9 Nos referimos a la tabla del coeficiente “K” y se escoge el valor que está dado por el valor actual del FP y el valor deseado: • D) Repetir los incisos a) y b) para el nuevo factor de potencia A) La corriente y la potencia aparente
  • 41. 41 E) Las pérdidas en el alimentador • E) La energía anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mes • La reducción de las pérdidas: • La energía ahorrada al año: • Considerando a $ 0.122 por kWh, se tienen $ 242.88 de ahorro tan sólo en el alimentador CONCLUSIONES El valor del factor de potencia es determinado por el tipo de cargas conectadas en una instalación. De acuerdo a su definición el factor de potencia es adimensional y puede tomar valores entre 0 y 1 En un circuito resistivo puro: φ = 0 Esto es la corriente y la tensión cambian de polaridad en el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo tanto el factor de potencia la unidad. Por otro lado en un circuito reactivo puro, la corriente y la tensión están en cuadratura: φ = 90 °, siendo el factor de potencia igual a cero.
  • 42. 42 Ejercicios 1.- Calcula la capacidad de cada uno de los condensadores que deben conectarse en paralelo y en triángulo en una instalación de 5000W y FP=0,75 para mejorar este factor de potencia hasta 0,95, sabiendo que la red es de 380V/50Hz. Calcula la intensidad consumida antes y después de mejorar el factor de potencia. 2.- Calcula la capacidad de los condensadores para corregir el factor de potencia de 0,7 a 0,9 de un motor trifásico con una potencia de 2,5KW conectado a una red de 400V/50Hz. 3.- ¿Qué corriente consumirá una instalación antes y después de acoplarle una batería de condensadores que mejora el factor de potencia de una instalación de 10KW de 0,8 a 1, si la red es de 400V/50Hz? 4.- Un horno de inducción con factor de potencia 0,7 consume 25A al conectarlo a una red de 400V/50Hz. Calcula la P,Q y S del receptor. 5.- Calcula la potencia activa y reactiva consumida por un conjunto de bombillas incandescentes de 60W/230V cada una conectadas en estrella a una red de 400V/50Hz. Recuerda que una bombilla incandescente es un receptor resistivo puro. 6.- Calcula la potencia consumida por tres lámparas incandescentes de 580Ω cada una si están conectadas a una red de 400V/50Hz a) en estrella. b) en Delta
  • 43. 43 Identificación de la placa de un motor La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente al motor. La figura muestra dos placas típicas de motores.
  • 44. 44 DATOS DE PLACA DE UN MOTOR La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente almotor. La figura muestra dos placas típicas de motores.  Tipo de motor 1LA jaula de ardilla  Dimensiones del motor IM B5
  • 45. 45  Norma de construcción IEC/EN 60034 CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA MAQUINAS Y APARATOS ELÉCTRICOS, DE ACUERDO CON SU ESTABILIDAD TÉRMICA (según norma IEC) Clase Y Temperatura límite 90°C Comprende a materiales o asociación de materiales, tales como algodón, seda y papel sin impregnación. Clase A Temperatura límite 105°C Comprende a materiales o asociación de materiales, tales como algodón, seda y papel con impregnación o sumergidos en un dieléctrico, como puede ser el aceite. Clase E Temperatura límite 120°C Comprende a materiales o asociación de materiales, de la clase A, para los que se garantiza su utilización para una temperatura superior a 15°C. Clase B Temperatura límite 130°C Comprende a materiales o asociación de materiales, tales como mica, fibra de vidrio, etc., con aglomerantes adecuados. Clase F Temperatura límite 155°C Comprende a materiales o asociación de materiales de la clase B, para los que se garantiza su utilización para una temperatura superior en 25° C.
  • 46. 46 Clase H Temperatura límite 180°C Comprende a materiales o asociación de materiales tales como siliconas, mica y fibra de vidrio convenientemente mezclados con resinas y siliconas. Clase C Temperatura límite superior a 180°C Comprende a materiales o asociación de materiales tales como siliconas, mica, vidrio y cuarzo convenientemente aglutinados para soportar temperaturas superiores a los 90°C.  Tipo alimentación 3 ∼ (Trifásico) Tensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor. • Potencia 15 kW La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. • Voltaje nominal Este depende del tipo de conexión que estamos utilizando Ya sea en delta ∆ o estrella ү los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de las tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizadas a servir. • Tipo de conexión ү o ∆ Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella – delta como se muestra en la fig. 1.21; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, Δ) Fig. 1.21 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranque Estrella – delta (triángulo) • Frecuencia nominal 60 Hz
  • 47. 47 La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo.  Factor de potencia (cosφ )0,90 Es el término que se utiliza para explicar la cantidad de energía eléctrica que se transforma en trabajo el valor ideal es 1 o 0.90 un valor menor a este determinaría que se utiliza mayor cantidad de energía eléctrica para generar un trabajo  Grado de protección Es la protección del motor contra la entrada de cuerpos extraños (polvo, fibras, etc.), contacto accidental y penetración de agua. Así, por ejemplo, un equipamiento a ser instalado en un local sujeto a chorros de agua, debe poseer un envoltorio capaz de soportar tales chorros de agua, bajo determinados valores de presión y ángulo de incidencia, sin que haya penetración que pueda ser perjudicial al funcionamiento del motor. El grado de protección es definido por dos letras (IP) seguido de dos dígitos. El primer dígito indica protección contra la entrada de cuerpos extraños y contacto accidental, mientras el segundo dígito indica la protección contra la entrada de agua.
  • 48. 48 Comentario: El W (IP55W) indica protección contra agentes climáticos, tipo: lluvia, salitre, sereno, etc. Por ejemplo:
  • 49. 49
  • 50. 50
  • 51. 51 Tipos de motores CD Tipos de motores eléctricos. Los principales tipos de motores son los de corriente alterna o los de corriente continua. Estos últimos se clasifican según su conexión: motor en serie, compound, shunt, motor eléctrico sin escobillas, motores pasó a paso y motor sin núcleo. Estos motores han revolucionado la industria por lo económicos y lo fácilmente adaptables en términos de posición. Sin embargo, han sido superados, luego del advenimiento de la electrónica, por los motores de corriente alterna, que permiten una regulación de la velocidad más económica a nivel industrial. Estos motores tienen una estructura similar aunque con algunas diferencias en la disposición del rotor. Los motores de corriente alterna se clasifican en asincrónicos (o de inducción), sincrónicos y colectores. A su vez pueden ser monofásicos o trifásicos. El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motor, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.
  • 52. 52 Partes fundamentales de un motor CA El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales: Rotor (Circuito de armadura o inducido) Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga. Está formado por: • Eje • Núcleo y Devanado • Colector • Tapas Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector. Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado). Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado. Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas. Estator Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio. Armazón Imán permanente Escobillas y porta escobillas
  • 53. 53 Motores CD 1) Motor en serie Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor. Las principales características de este motor son: - Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma que en el inducido. - La potencia es casi constante a cualquier velocidad. - Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra electromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida. Motor compound o motor de excitación compuesta: Es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Motor shunt o motor de excitación en paralelo: Es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
  • 54. 54 Motor eléctrico sin escobillas: También llamado motor brushless es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor. Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rasantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor. Motores paso a paso: Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El principio de funcionamiento básico de los motores paso a paso consiste en alimentar solo algunas de las bobinas del estator con corriente continua generando un flujo con una dirección fija, que al interactuar con el rotor del motor produce un par en función del ángulo de desfasaje de la posición de equilibrio, que depende de del tipo de motor paso a paso empleado. Para producir el movimiento de rotación la bobina excitada debe cambia a medida que el rotor llega a la posición de equilibrio. Motor sin núcleo: Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada muy cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y permite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento (p.e. en máquinas y automática). Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren cierta potencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuito impreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que gira entre imanes permanentes colocados a ambos lados del disco.
  • 55. 55 Generadores de corriente directa CD. Un generador es una máquina eléctrica que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Sin embargo el proceso de generación de energía eléctrica es algo complejo y ésta se genera en forma de onda sinusoidal, es decir, no en continua, sino que es alterna. Un generador de corriente continua es una maquina eléctrica que, además de generar la energía eléctrica mediante el movimiento, se encarga de convertirla en forma continua o directa mediante un mecanismo de conversión. Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas de corriente continua cuando funcionan como generadores. Son máquinas que producen energía eléctrica por transformación de la energía mecánica. A su vez los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, según que produzcan corriente continua o alterna, respectivamente. Posteriormente, cabe destacar otro tipo de generadores (no son máquinas) que transforman la energía química en la eléctrica como son pilas y acumuladores. Clasificación de generadores de corriente continua CD. 1) Generador con excitación independiente En este tipo de generador, la tensión en los bornes es casi independiente de la carga de la máquina y de su velocidad, ya que la tensión se puede regular por medio del reóstato de campo, aunque naturalmente, dentro de ciertos límites, porque la excitación del campo inductor no puede aumentar más allá de lo que permite la saturación. En la Figura 2 se representa el esquema de conexiones completo de un generador de corriente continua con excitación independiente; se supone que el sentido de giro de la máquina es a derechas lo que, por otro lado, es el que corresponde a casi todas las máquinas motrices. Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastará con cambiar, las conexiones del circuito principal.
  • 56. 56 Generador con excitación en paralelo (shunt) El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión en bornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se desexcita automáticamente, dejando de producir corriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de desexcitación automática. Respecto a los generadores de excitación independiente, los generadores shunt presentan el inconveniente de que no pueden excitarse si no están en movimiento, ya que la excitación procede de la misma máquina. Generador con excitación en serie La excitación de un generador en serie se lleva a cabo cuando los devanados de excitación y del inducido se conectan en serie y, por lo tanto la corriente que atraviesa el inducido en este tipo de generador es la misma que la que atraviesa la excitación. Este último devanado, está constituido por pocas espiras con hilo conductor de gran sección, pues la f.e.m. necesaria para producir el campo principal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.
  • 57. 57 Generador con excitación compound El generador con excitación compound tiene la propiedad de que puede trabajar a una tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, debido a que por la acción del arrollamiento shunt la corriente de excitación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción del arrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente de excitación tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo convenientemente ambos arrollamientos puede conseguirse que se equilibren sus efectos siendo la acción conjunta una tensión constante cualquiera que sea la carga. Incluso, se puede obtener dimensionando convenientemente el arrollamiento serie, que la tensión en bornes aumente si aumenta la carga, conexión que se denomina hipercompound y que permite compensar la pérdida de tensión en la red, de forma que la tensión permanezca constante en los puntos de consumo. El generador compound tiene la ventaja, respecto al generador shunt, de que no disminuye su tensión con la carga, y, además, que puede excitarse aunque no esté acoplado al circuito exterior, tal como vimos que sucedía en el generador shunt. Durante la puesta en marcha, funciona como un generador shunt una vez conectado a la red, la tensión en bornes del generador shunt, tendería a disminuir si no fuera por la acción del arrollamiento serie, que compensa esta tendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sirve para regular la tensión del generador, en el caso de que la resistencia exterior descienda más allá de cierto límite.
  • 58. 58 Regulación de voltaje de un generador de corriente directa CD. La necesidad de mantener la tensión en bornes de un generador dentro de unos márgenes determinados surge en los generadores con excitación en paralelo o mixta. Esto se debe a que este tipo de generadores son utilizados como fuentes de tensión constante en los sistemas de potencia con corriente continua, y se hace necesario que la tensión en los mismos varíe lo menos posible cuando lo hace la carga conectada a los mismos. La tensión en bornes de un generador en paralelo viene dada por: Vc = kn -RiIi kn = f.e.m. La tensión Vc varía básicamente, o porque la carga conectada se modifica, y por tanto varía Ii, o porque la velocidad de arrastre del generador (n) no es constante, por ambas cosas a la vez. Para mantener la tensión constante en un valor, o dentro de un margen, se hace necesario actuar sobre. Aumentando se compensarán las caídas de tensión, y disminuyendo se compensarán las elevaciones de tensión. Esta variación se consigue haciendo pasar más o menos intensidad por el devanado de excitación. Una forma fácil de conseguirlo es intercalando una resistencia variable en la rama del devanado de excitación, Sistemas utilizados para la regulación de la velocidad en los motores La ecuación general de la velocidad de un motor de c. c., es: En donde: Vb = tensión aplicada al inducido = flujo inductor N = velocidad de rotación del motor Esta expresión indica que la regulación de la velocidad de un motor de corriente continua puede hacerse actuando sobre la tensión aplicada al inducido o bien variando el flujo inductor, ya que el término Ri·Ii es muy pequeño y no modifica prácticamente la ecuación. A su vez, la regulación de la tensión aplicada al inducido puede hacerse por:
  • 59. 59 1) Control reostático en el inducido: La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque. La introducción de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule una potencia R·I2, tanto más importante cuanto más haya de variarse la velocidad. 2) Regulación por acoplamiento de motores: Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motores como ocurre en tracción eléctrica. Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexiones siguientes: Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red, y los motores girarán a la velocidad más reducida. Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el caso anterior. Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red. 3) Grupo Ward-Leonard: Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy utilizado principalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas. El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas: Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corriente alterna y un generador de corriente continua de excitación independiente. El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente. Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por un rectificador, por ser este último el que ha reemplazado ventajosamente a la excitatriz. La regulación del flujo inductor puede conseguirse por: 4) Control reostático en el circuito inductor: Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación. La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.
  • 60. 60 Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y de reducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son: En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el motor serie, mínima la resistencia desviadora Rr. Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de control de velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir la velocidad, por la limitación de la saturación del circuito magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y la consiguiente reacción de inducido.
  • 61. 61 Motores de corriente alterna El motor síncrono 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 60Hz, si el motor es de dos polos, gira a 3600 RPM; si es de cuatro polos gira 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 en relacionadas con sistemas de regulación y control mas no con la transmisión de potencias elevadas. Comentario: Como curiosidad vale la pena mencionar que el motor síncrono, al igual que el motor de corriente directa, precisa de un campo magnético que posibilite la transformación de energía eléctrica recibida por su correspondiente armadura en energía mecánica entregada a través del eje.
  • 62. 62 Características ¿Por Qué Utilizar Motores Sincrónicos? Las aplicaciones de los motores sincrónicos en la industria, la mayoría de las veces, resultan en ventajas económicas y operacionales considerables, debido a sus características de funcionamiento. Las principales ventajas son: Corrección del factor de potencia Los motores sincrónicos pueden ayudar a reducir los costos de energía eléctrica y mejorar el rendimiento del sistema de energía, corrigiendo el factor de potencia en la red eléctrica donde están instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualarse al valor invertido en el motor. Velocidad constante Los motores sincrónicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecarga como durante momentos de oscilaciones de tensión, respetándose los límites del conjugado máximo (pull-out). Alto rendimiento En la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro de energía. Los motores sincrónicos son proyectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energía para una gran variedad de cargas.
  • 63. 63 Aplicaciones Los motores sincrónicos son fabricados específicamente para atender las necesidades de cada aplicación. Debido a sus características constructivas, operación con alto rendimiento y adaptabilidad a todo tipo de ambiente, son utilizados en prácticamente todos los sectores de la industria, tales como:  Minería (moledoras, molinos, cintas transportadoras y otros)  Siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas y compresores)  Papel y celulosa (extrusoras, picadoras, desfibradoras, compresores y refinadoras)  Saneamiento (bombas)  Química y petroquímica (compresores, ventiladores, extractores y bombas)  Cemento (moledoras, molinos y cintas transportadoras)  Goma (extrusoras, molinos y mezcladoras) Velocidad fija Las aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad fija se justifican por los bajos costos operacionales, una vez que presentan un alto rendimiento y pueden ser utilizados como compensadores sincrónicos para corrección del factor de potencia. Velocidad variable Las aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad variable se justifican en aplicaciones de alto torque con baja rotación y un largo rango de ajuste de velocidad. La construcción de los motores para estas aplicaciones puede ser con o sin escobillas, dependiendo de las características de la carga y del ambiente. Debido al mayor rendimiento, menor tamaño y mayor capacidad de potencia, pueden substituir motores de corriente continua en aplicaciones de alta performance. Los motores sincrónicos pueden ser especificados con corriente de partida reducida, lo que implica un menor disturbio en el sistema eléctrico durante el arranque, así como reducción en las tensiones mecánicas resultantes en los devanados del motor.
  • 64. 64 Partes fundamentales de un motor síncrono Tipos de Excitación Los motores sincrónicos necesitan de una fuente de corriente alterna para alimentar el devanado de campo (devanado del rotor), que usualmente es abastecido a través de una excitatriz giratoria sin escobillas (brushless) o a través de anillos recolectores y escobillas (excitatriz estática). Las máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en la generación de energía eléctrica. Para el caso referente a la máquina rotativa síncrona, todas las centrales Hidroeléctricas y Termoeléctricas funcionan mediante generadores síncronos trifásicos. Para el caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada, mayor que 1 MW (mega vatio). Los motores síncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que utilizan, siendo estos: rotor de polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes. Rotor El rotor puede ser construido con polos lisos o salientes dependiendo de las características constructivas del motor y de su aplicación. El rotor completo está formado por la estructura que compone o soporta los polos, los devanados de campo y la jaula de arranque, que son las partes activas giratorias del motor síncrono. Los polos del campo son magnetizados a través de la corriente CC de la excitatriz o directamente por anillos recolectores y escobillas. En funcionamiento, los polos se alinean magnéticamente por el entrehierro y giran en sincronismo con el campo giratorio del estator. Los ejes son fabricados en acero forjado y mecanizados según las especificaciones. La punta de eje normalmente es cilíndrica o bridada. Motores de rotor de polos lisos o polos no salientes: se utilizan en rotores de dos y cuatro polos. Estos tipos de rotores están construidos al mismo nivel de la superficie del rotor. Los motores de rotor liso trabajan a elevadas velocidades.  Motores de polos salientes: Los motores de polos salientes trabajan a bajas velocidades. Un polo saliente es un polo magnético que se proyecta hacia fuera de la superficie del rotor.
  • 65. 65 Tipos de Refrigeración y Grados de Protección Los tipos de refrigeración/protección más utilizados en los motores sincrónicos son:  IC01 - auto-ventilados, grado de protección IP23  IC611 - intercambiador de calor aire-aire, grado de protección IP54 a IP65W  IC81W - intercambiador de calor aire-agua, grado de protección IP54 a IP65W Además de los tipos de refrigeración citados, los motores pueden ser suministrados con ventilación forzada, entrada y salida de aire por ductos, y otros medios de refrigeración, atendiendo de la mejor forma las características de aplicación y del ambiente donde serán instalados. Características Constructivas Carcasa Su función principal es la de apoyar y proteger el motor, alojando también el paquete de chapas y devanados del estator. Pueden ser construidas en los tipos horizontal y vertical y con grado de protección de acuerdo con las necesidades del ambiente. La carcasa está construida en chapas y perfiles de acero soldado, formando un conjunto sólido y robusto que es la base estructura de la máquina. Todo el conjunto de la carcasa recibe un tratamiento de normalización para alivio de tensiones provocadas por las soldaduras. Ese tipo de construcción proporciona excelente rigidez estructural de manera de soportar esfuerzos mecánicos provenientes de eventuales cortocircuitos y vibración, capacitando al motor para atender las más severas necesidades. Estator Constituido por un paquete laminado de chapas de acero silicio de alta calidad, con ranuras para alojar el devanado del estator, que opera con alimentación de potencia en corriente alterna para generar el campo magnético giratorio. Cojinetes En función de la aplicación, los motores sincrónicos pueden ser suministrados con cojinetes de rodamiento o cojinetes de deslizamiento. Estos cojinetes están normalmente constituidos por rodamiento de esferas o de rodillos cilíndricos, dependiendo de la rotación y de los esfuerzos axiales y radiales a los que son sometidos, en algunas aplicaciones pueden ser utilizados rodamientos especiales. Los cojinetes de rodamientos pueden ser lubricados con aceite o grasa. Cojinetes de deslizamiento Los cojinetes de deslizamiento pueden tener lubricación natural (auto-lubricables) o lubricación forzada (lubricación externa).
  • 66. 66 Revoluciones Todos los motores de corriente continúan así como los síncronos de corriente alterna incluidos en la clasificación anterior tienen una utilización y unas aplicaciones muy específicas. Los motores de corriente alterna asíncronos, tanto monofásicos como trifásicos, son los que tienen una aplicación más generalizada gracias a su facilidad de utilización, poco mantenimiento y bajo coste de fabricación. Por ello, tanto en esta unidad como en la siguiente nos centraremos en la constitución, el funcionamiento y la puesta en marcha de los motores asíncronos de inducción. La velocidad de sincronismo de los motores eléctricos de corriente alterna viene Definida por la expresión: Dónde: n =Numero de revoluciones por minuto f = Frecuencia de la red p = Numero de pares de polos de la maquina
  • 67. 67 El esquema presenta solamente 6 ranuras, y sobre cada par de ranuras opuestas se colocan los lados de una bobina, cuyos principios y finales tienen la siguiente denominación: Bobina 1: u1 – u2 Bobina 2: v1 – v2 Bobina 3: w1 – w2 En la figura anterior se ha esquematizado la bobina 1, donde se puede ver cómo están ubicados los conductores en las ranuras, siendo las otras dos bobinas idénticas, pero con su ejes magnéticos, formando un ángulo de 120 °, entre si. obinas concatenaran un valor de dicho flujo de acuerdo a la posición instantánea del rotor.
  • 68. 68 Sistema trifásico de tensiones Si analizamos el valor eficaz de la tensión en bornes de cada una de las bobinas ó fases del generador, el mismo será: Frecuencia y número de polos La máquina que analizamos era de 2 polos magnéticos, y por cada vuelta que efectúa el rotor se genera un ciclo completo de la fuerza electromotriz inducida en cada una de las fases del estator, por lo tanto si el rotor gira a “n s” vueltas por minuto, se cumplirán “n” ciclos por minuto, por lo tanto la frecuencia en ciclos por segundo en el estator será: Donde Si la maquina tiene mas de un par de polos, la expresión general de la frecuencia obtenida es F: Frecuencia de la fuerza electromotriz inducida en ciclos por seg o Hertz [Hz] p: Cantidad de pares de polos n S: Velocidad de giro del rotor [r.p.m.] El esquema de la figura se muestra una maquina de 4 polos (Dos pares de polos):
  • 69. 69 Esta máquina presenta dos pares de polos en el rotor y además en el estator la cantidad de ranuras es el doble que en el caso anterior, de tal forma que cada fase ocupa el doble de ranuras, estando formada cada una de ellas por dos bobinas conectadas en serie, con el mismo eje magnético de la siguiente forma: Fase 1: u1 - u3 - u3 - u2 Fase 2: v1 - v3 - v3 - v2 Fase 3: w1 - w3 - w3 - w2 La figura 9.5 muestra cómo está conformada una de las fases, la cual tiene dos bobinas con un mismo eje magnético, pero el flujo originado por las corrientes tiene sentido opuesto.
  • 70. 70 Reacción de armadura Si las tres bobinas del estator se unen en un punto común (u2 = v2 = w2), formando una conexión que se denomina estrella y colocamos una carga por las mismas circulara una corriente que dependerá de las características de dicha carga (óhmica, óhmica-inductiva, óhmica capacitiva), lo cual hará que la corriente este desfasada un cierto Angulo en atraso o en adelanto. Debido a esa corriente, en el estator se creara un campo magnético alternativo en cada una de las fases, los que al componerse dará origen a un campo magnético rotante que llamaremos reacción de armadura y que gira a la misma velocidad del rotor. En la figura 9.7 vemos la situación para una posición del rotor en la cual la bobina estatifica (u1 – u2), concatena el máximo flujo rotórico ya que sus ejes magnéticos son coincidentes. En esta situación, la fuerza electromotriz inducida en la mencionada bobina tiene un valor igual a cero, en cambio las otras dos tienen un valor mitad con los sentidos indicados (Punto “saliente” y cruz “entrante”). Estos sentidos los podemos obtener del grafico de la figura 5.3 de valores instantáneos de las FEM inducidas, en el cual vemos que en la situación para t = 0, en la bobina (v1 – v2), la FEM es negativa, o sea entrante (cruz), por el terminal “v1”, por lo que en el terminal “v2” va a ser saliente (punto), y en la bobina w1 – w2, es positiva o sea saliente (punto) por el terminal w1, y entrante(cruz) por el terminal w2. Pasemos a analizar lo que pasa con distintos tipos de carga en el estator. Carga óhmica pura Con este tipo de carga la corriente va a estar en fase con la tensión en bornes de la máquina, lo cual hace que las corrientes sean entrantes y salientes de acuerdo a lo mostrado en la Figura 5.7, y coincidiendo su sentido con el indicado en la figura 9.8, en la cual la corriente en “u1 – u2”, tiene un valor igual a cero y en la bobina “v1 – v2” la corriente es entrante por “v1” (negativa) y saliente por “w1” (positiva). Debido a esto en el estator se produce un campo magnético rotante, como vimos anteriormente, cuya posición es la indicada en la figura, para el instante que se está estudiando. Podemos observar que el eje magnético del rotor y el eje magnético del campo rotante del estator están formando un Angulo de 90°. Esto hace que la tensión en bornes difiera de la fuerza electromotriz inducida, debido a que el campo en el entrehierro de la maquina no solo el producido por el rotor, sino que se compone con el de reacción de armadura.
  • 71. 71
  • 72. 72 Carga inductiva pura En la figura 9.9 y para la misma posición del rotor (t = 0), vemos cual es la situación de las corrientes en el estator, que en este caso tienen un ángulo de atraso de 90°. Debido a que en la bobina u1 – u2 , la FEM inducida pasa por cero, la corriente que circula por la misma, para ese instante pasa por su valor máximo, mientras que en las otras dos bobinas su valor es la mitad y de signo contrario para que la suma de las tres sea igual a cero. En la figura 9.10 se observa el signo de las corrientes. En esta situación el campo magnético giratorio del estator tiene su posición indicada en la figura. De aquí se observa que las fuerzas magneto motrices del rotor y de la armadura se oponen, lo cual nos está indicando que el efecto de esta última es netamente “desmagnetizante”.
  • 73. 73 Carga capacitiva pura En la figura 9.11 y para la misma posición del rotor, vemos cual es la situación de las corrientes en el estator, que en este caso tienen un Angulo de adelanto de 90°. Debido a que en la bobina u1 – u2, la FEM inducida pasa por cero, la corriente que circula por la misma, para ese instante pasa por su valor máximo, mientras que en las otras dos bobinas su valor es la mitad y de signo contrario para que la suma de las tres sea igual a cero. El sentido de las corrientes lo podemos obtener de la figura 9.12. En esta situación el campo magnético giratorio del estator tiene su posición indicada en la figura. De aquí se observa que las fuerzas magnéticas motrices del rotor y de la armadura se superponen, lo cual nos está indicando que el efecto de esta última es netamente “magnetizante”.
  • 74. 74 Motores de corriente alterna Por las grandes ventajas que tiene de recibir la corriente alterna de la empresa de distribución eléctrica, la gran mayoría de los equipos que requieren de un motor eléctrico utilizan los de corriente alterna, preferentemente en forma trifásica, aunque existen muchos de baja potencia que reciben sólo una fase eléctrica (denominados monofásicos). Los motores de corriente alterna también pueden variar la velocidad y torque que entregan al equipo acoplado, para ello deben instalarse en combinación con un regulador electrónico de velocidad variable, conocidos en el lenguaje industrial como “drivers”, “variadores de frecuencia” o “convertidores de frecuencia variable”. Motores monofásicos Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores esta en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante. Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito. Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofásico tiene dificultades para arrancar, está constituido de dos grupos de devanados: El primer grupo se conoce como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce como devanado auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre sí, física y eléctricamente. El devanado de trabajo está formado de conductor grueso y tiene más espiras que el devanado de arranque.
  • 75. 75 Tipos de motores monofásicos. Motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque Constitución y principio de funcionamiento Como todos los motores eléctricos, está formado por un circuito magnético y dos eléctricos. El circuito magnético está formado por el estator, donde se coloca el bobinado inductor y el rotor que incorpora el bobinado inducido, que en la mayoría de los casos suele ser de jaula de ardilla. De su nombre se desprende que utiliza un solo bobinado inductor, recorrido por una corriente alterna que crea un flujo también alterno, pero de dirección constante que, por sí solo, no es capaz de hacer girar al rotor. Si el rotor se encuentra ya girando, en los conductores del bobinado rotórico se generan fuerzas electromotrices que hacen que por el bobinado rotórico circulen corrientes, que a su vez generan un flujo de reacción desfasado 90º eléctricos respecto del principal. La interacción entre estos dos flujos hace que el motor se comporte como un motor bifásico y el rotor continúe girando. De lo expresado anteriormente se desprende que el motor monofásico es incapaz de arrancar por sí solo pero, si se pone en marcha, se mantiene funcionando de forma normal hasta su desconexión. Por ello, hay que dotar a dicho motor de un dispositivo adecuado para iniciar el arranque. El más utilizado es incorporar al estator un bobinado auxiliar que funciona durante el periodo de arranque y que se desconecta una vez que el motor está en funcionamiento. En estas condiciones, el motor en el arranque es un motor bifásico, con sus bobinados desfasados 90º eléctricos, que hace que el motor se ponga en marcha. Una vez alcanzado el régimen de vueltas, se desconecta el bobinado auxiliar de forma que queda funcionando como motor monofásico. Para realizar la desconexión del bobinado auxiliar, se utilizan los interruptores centrífugos acoplados en el eje del motor. Los bobinados se conectan en paralelo a la placa de bornes (véase la Figura 11.22). Como se ha explicado, el motor monofásico tiene un rendimiento, par de arranque y factor de potencia algo bajos. Para compensar dichos valores, se recurre a conectar en serie con el bobinado auxiliar un condensador electrolítico, con lo que se consiguen valores de rendimiento y par de arranque mucho mejores. Esto se puede apreciar esquemáticamente en la Figura 11.23
  • 76. 76 La puesta en marcha se realiza mediante un interruptor bipolar manual adecuado a la intensidad del motor, Para invertir el sentido de giro, es necesario invertir las conexiones de uno de los bobinados del motor en la placa de bornes del motor (véase la Figura 11.25). No confundir con invertir las conexiones de la alimentación ya que, en ese caso, el motor sigue girando en el mismo sentido. En los motores actuales, las bobinas de arranque se conectan con la red a través de un condensador en serie que, a la frecuencia de la red y la velocidad nominal del motor, produce un desfase tal entre las corrientes de los devanados de arranque y servicio que se hace innecesario desconectarlas, por lo que estos motores ya no necesitan incorporar el interruptor centrífugo simplificando su constitución y funcionamiento. Existe una forma más sencilla de invertir el giro, como se muestra en el esquema de la Figura 11.26, para estos motores. Motor monofásico de espira en cortocircuito El motor de espira en cortocircuito está constituido por un estator de polos salientes y un rotor de jaula de ardilla. En la masa polar se incorpora una espira en cortocircuito que abarca un tercio aproximadamente del polo. Las bobinas rodean las masas polares, como se muestra en la Figura 11.27.
  • 77. 77 Al alimentar las bobinas polares con una corriente alterna se produce un campo magnético alterno en el polo que por sí solo no es capaz de poner en marcha el motor. El flujo que atraviesa la espira genera en esta una fuerza electromotriz inducida que hace que circule una corriente de elevado valor por la espira. Esto a su vez crea un flujo propio que se opone al flujo principal. En estas condiciones se obtiene un sistema de dos flujos en el que el flujo propio estará en retraso respecto del flujo principal, haciendo que el motor gire (véase la Figura 11.28). El sentido de giro será siempre el que va desde el eje del polo hacia la espira en cortocircuito colocada en el mismo. Si por algún motivo necesitásemos invertir el giro, tendríamos que desmontar el motor e invertir todo el conjunto del rotor manteniendo la posición del estátor. Dado que estos motores tienen un rendimiento muy bajo, su utilización se limita a pequeñas potencias de hasta 300 W y para trabajos de ventilación, bombas de desagües de electrodomésticos, etc. (véase la Figura 11.29). Fig. 11.29. Motor monofásico de espira en cortocircuito para bomba de desagüe de lavadora.
  • 78. 78 Motor universal Es llamado así por funcionar con C.A y C.C., tiene una estructura laminada, un alto par de arranque, funciona a grandes velocidades de 4000 a 10000 R.P.M., no son mayores de l H.P. ; y son utilizados generalmente en aparatos electrodomésticos, el más conocido es el motor bipolar, que consiste en un estator con dos devanados sobre un núcleo de hierro, y en su extremo lleva las escobillas que conectan en serie al rotor y al estator. Este motor está dispuesto de manera que cuando por los devanados en serie del inducido y el inductor circula la corriente se forman dos flujos magnéticos, que al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la corriente aplicada es continua o alterna. Para que un motor de este tipo pueda funcionar con corriente alterna, es necesario que el empilado de su inductor (el núcleo de los electroimanes) sea de chapa magnética para evitar las pérdidas en el hierro. El bobinado inductor de los motores universales suele ser bipolar, con dos bobinas inductoras. El motor universal funciona en corriente continua exactamente igual que un motor serie. Si el motor se alimenta con corriente alterna, arranca por sí solo, ya que la corriente que recorre el bobinado inductor presenta cien alternancias por segundo, lo mismo que le ocurre a la corriente que recorre el bobinado inducido, por lo que el momento de rotación y el sentido de giro permanecen constantes. Fig. 11.31. Motor monofásico universal para un taladro eléctrico.
  • 79. 79 En párrafos anteriores se explicó, como por medio de la inducción, el movimiento rotatorio, producido eléctricamente por el campo magnético del estator ha originado la rotación mecánica del rotor, la cual sigue la misma dirección que la de del campo del estator. Para que el motor de inducción funcione, el rotor deberá girar a una velocidad diferente a la del campo rotatorio del estator. En realidad, la velocidad del rotor es diferente (menor) que la velocidad del campo magnético del estator y a esta diferencia se le conoce como deslizamiento. En los motores prácticos, los motores funcionan a una velocidad del 2% al 10% menor que la velocidad de sincronía; al aumentar la carga, el porcentaje del deslizamiento aumenta. Ejemplo: En un motor de 4 polos con velocidad de sincronía de 1800 R.P.M., si el motor gira efectivamente a 1764 R.P.M. según lo mide un tacómetro: existe una diferencia de 36 R.P.M. entre la velocidad de sincronía y la del rotor, expresada en porcentaje sería: Lo cual un deslizamiento del 2%, el par motor en los motores, de inducción jaula de ardilla es bajo, debido a una mala característica del par de arranque, el rotor de un motor de inducciónalcanza finalmente una velocidad entre un 2 y un 10% de deslizamiento. Esta es la velocidad de funcionamiento de motor sin carga, por lo tanto la máquina requiere muy poco par de arranque para mantener el motor en funcionamiento. Si se aplica una carga al motor en funcionamiento pierde velocidad y el deslizamiento aumenta, como resultado del campo rotatorio corta los anillos de cobre a mayor velocidad, induciendo corrientes más altas en el rotor para obtener un par mayor, de manera que el motor pueda impulsar la carga aplicada.
  • 80. 80 Motores asíncronos trifásicos Rotor de Jaula de ardilla Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas).
  • 81. 81 De rotor devanado Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de campos magnéticos variables electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Aprovechando el estator y rotor ambos de acero laminado al silicio se produce un campo magnético uniforme en el motor.
  • 82. 82 Partes fundamentales de un motor eléctrico Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas, pues son sencillas, seguras y baratas. Los motores asíncronos se clasifican según el tipo de rotor, en motores de rotor en jaula de ardilla (o motores con inducido en cortocircuito) y en motores de rotor bobinado o de anillos rasantes. Tipo de carcasa a) Totalmente cerrada b) Abierta c) A prueba de goteo d) A prueba de explosiones e) De tipo sumergible Tipos de base a) Base frontal b) Base latera Caja de conexiones (Bornes) Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos. Conexión estrella ү conexión delta ∆
  • 83. 83 Tapas Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor. Cojinetes (rodamientos) Normalmente los motores están equipados con rodamientos de una sola hilera de bolas de ranura profunda. La designación completa de los rodamientos se indica en la placa de características de la mayoría de motores. Si el rodamiento del lado acople del motor se sustituye por un rodamiento de rodillos NU- o NJ-, se podrán soportar fuerzas radiales superiores. Los rodamientos de rodillos son especialmente adecuados para accionamientos por correas. Cuando hay grandes fuerzas axiales, deberían usarse rodamientos de bolas de contacto angular. Esta versión está disponible bajo demanda. Al solicitar un motor con rodamientos de contacto angular, es necesario especificar el tipo de montaje y la dirección y la magnitud de la fuerza axial. Para detalles más específicos sobre los rodamientos, rogamos consulten los catálogos del producto respectivos. Duración del rodamiento La duración normal L10 de un rodamiento se define, según ISO, como el número de horas de funcionamiento que el 90% de los rodamientos idénticos probados han alcanzado o excedido bajo ciertas condiciones predeterminadas. El 50% de los rodamientos tienen una duración de, como mínimo, cinco veces esta cifra. Montaje de rodamientos Siempre hay que prestar especial atención a los rodamientos. Los rodamientos deben montarse por calentamiento o con herramientas especiales para tal propósito y deben quitarse con extractores. Cuando sea necesario colocar un rodamiento en un eje, se puede utilizar un montaje en frío o en caliente. El montaje en frío sólo es adecuado para rodamientos pequeños y para rodamientos que no ejerzan una fuerte presión sobre el eje. Para el montaje en caliente y en caso de que haya una interferencia entre el rodamiento y el eje, primero habrá que calentar el rodamiento en un baño de aceite o con un calentador especial. Después habrá que colocarlo con presión sobre el eje con un manguito que se ajuste al anillo interior del rodamiento.
  • 84. 84 Los motores de corriente alterna son por mucho los más empleados, dada la gran ventaja de poder funcionar con la forma de corriente que suministran las empresas eléctricas, no requieren pasar la corriente alterna a corriente directa, por tanto son de menor costo. Se clasifican en motores asíncronos (o de inducción) y motores síncronos. En los síncronos el eje gira a la misma velocidad que lo hace el campo magnético, en los asíncronos el eje se revoluciona a una velocidad poco menor a la del campo magnético. Los motores asíncronos basan su funcionamiento en la creación de un campo magnético giratorio en el entrehierro, debido a la circulación de corriente alterna por los devanados trifásicos y la influencia de los polos magnéticos del estator. La velocidad de giro de este campo magnético en revoluciones por minuto (r.p.m.), es: Dónde: f = Frecuencia de alimentación p = Número de polos del devanado del estator. Ns = Velocidad de giro, en revoluciones por minuto. Ejemplo: Se suministra energía eléctrica a un motor de 20 HP de dos polos a una frecuencia de 60 Hz, ¿Cuál será la velocidad sincronía del motor? Tipos de conexiones En estas condiciones, el motor se puede considerar como bitension, ya que las tensiones normalizadas son de 230 o 400 V. Si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triangulo y a la red de 400 V en estrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. En una y otra conexión, permanecen invariables los parámetros de potencia, par motor y velocidad. La conexión estrella o triangulo se realiza sobre la placa de bornes mediante puentes como se puede apreciar en la Figura 11.6
  • 85. 85 Conexiones en Delta y estrella de 6 puntas
  • 86. 86 Conexiones en Delta y estrella de 9 puntas
  • 87. 87 Conexiones en Doble Delta y Doble estrella de 9 puntas
  • 88. 88 Conexión en Delta y Estrella de 12 puntas
  • 89. 89 Conexión en Doble Delta y Doble Estrella de 12 puntas
  • 90. 90 Deslizamiento Deslizamiento. El rotor gira a una velocidad próxima a la de sincronismo pero siempre por debajo. Velocidad de sincronismo. Frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor. Deslizamiento.  Relación entre las frecuencias de las corrientes en el rotor y en el estator El deslizamiento es la diferencia entre la velocidad actual de un motor a inducción y la velocidad síncrona, que es la velocidad a la que correría un motor enrollado de manera similar. Por ejemplo el deslizamiento de un motor girando a 1760 RPM sería 1800 -1760 = 40 RPM. El deslizamiento depende de la carga del motor. Las cargas más grandes producen más deslizamiento y por eso velocidades más bajas. Es posible expresar la velocidad mecánica del eje del rotor, en términos de la velocidad de sincronismo (velocidad del campo magnetico) y de deslizamiento.
  • 91. 91
  • 92. 92 Sistemas de regulación de velocidad de un motor asíncrono Variadores de frecuencia Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevación, las máquinas- herramientas, etc. En los mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes. El estudio de este fenómeno para cada caso particular tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores y variadores a instalar para un servicio determinado, requieren el conocimiento de las particularidades de éste producto. La regulación de velocidad puede realizarse por métodos mecánicos, como poleas o engranajes, o por medios eléctricos. La máquina de inducción alimentada con corriente C.A., especialmente la que utiliza un rotor en jaula de ardilla, es el motor eléctrico más común en todo tipo de aplicaciones industriales y el que abarca un margen de potencias mayor. Pero no basta conectar un motor a la red para utilizarlo correctamente, sino que existen diversos elementos que contribuyen a garantizar un funcionamiento seguro. La fase de arranque merece una especial atención. El par debe ser el necesario para mover la carga con una aceleración adecuada hasta que se alcanza la velocidad de funcionamiento en régimen permanente, procurando que no aparezcan problemas eléctricos o mecánicos capaces dljñe perjudicar al motor, a la instalación eléctrica o a los elementos que hay que mover. El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentación. Como la frecuencia de alimentación que entregan las
  • 93. 93 Compañías de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es constante, salvo que se varíe el número de polos, el resbalamiento o la frecuencia. El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frecuencia. No se requieren motores especiales, son mucho más eficientes y tienen precios cada vez más competitivos. El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturación del flujo magnético con una elevación de la corriente que dañaría el motor.
  • 94. 94 Descripción Los variadores son convertidores de energía encargados de modular la energía que recibe el motor. Otra definición sería, los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores asíncronos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y la cupla de los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean: - Dominio de par y la velocidad - Regulación sin golpes mecánicos - Movimientos complejos - Mecánica delicada El control de los motores eléctricos mediante conjuntos de conmutación “Todo o Nada” es una solución bien adaptada para el accionamiento de una amplia gama de máquinas. No obstante, conlleva limitaciones que pueden resultar incomodas en ciertas aplicaciones. 2.1 - Problemas que surgen en el arranque de motores asíncronos. - El pico de corriente en el arranque puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red, - Las sacudidas mecánicas que se producen durante los arranques y las paradas pueden ser inaceptables para la máquina así como para la seguridad y comodidad de los usuarios, - Funcionamiento a velocidad constante. Los arrancadores y variadores de velocidad electrónicos eliminan estos inconvenientes. Adecuados para motores de corriente tanto alterna como continua, garantizan la aceleración y deceleración progresivas y permiten adaptar la velocidad a las condiciones de explotación de forma muy precisa. Según la clase del motor, se emplean variados de tipo rectificador controlado, convertidor de frecuencia o regulador de tensión.
  • 95. 95 2.2 - Factores a tener en cuenta a la hora de diseñar un sistema de regulación de velocidad. a) Límites o gama de regulación. b) Progresividad o flexibilidad de regulación. c) Rentabilidad económica. d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada. e) Sentido de la regulación (aumento o disminución con respecto a la velocidad nominal). f) Carga admisible a las diferentes velocidades. g) Tipo de carga (par constante, potencia constante, etcétera). h) Condiciones de arranque y frenado. I) Condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.) j) Tipo de motor (potencia, corriente, voltaje, etc.). k) Rangos de funcionamiento (vel. máx., mín.) l) Aplicación momo o multimotor. m) Consideraciones de la red (micro interrupciones, fluctuaciones de tensión, armónicas, factor de potencia, corriente de línea disponible). - Ventajas de la utilización del Variador de Velocidad en el arranque de motores asíncronos. - El variador de velocidad no tiene elementos móviles, ni contactos. - La conexión del cableado es muy sencilla. - Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos. - Controla la aceleración y el frenado progresivo. - Limita la corriente de arranque. - Permite el control de rampas de aceleración y deceleración regulables en el tiempo. - Consigue un ahorro de energía cuando el motor funcione parcialmente cargado, con acción directa sobre el factor de potencia - Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo. Protege al motor. - Puede controlarse directamente a través de un autómata o microprocesador. - Se obtiene un mayor rendimiento del motor.
  • 96. 96 - Nos permite ver las variables (tensión, frecuencia, r.p.m, etc…). 2.4 - Inconvenientes de la utilización del Variador de Velocidad en el arranque de motores asíncronos. - Es un sistema caro, pero rentable a largo plazo. - Requiere estudio de las especificaciones del fabricante. - Requiere un tiempo para realizar la programación. Aplicaciones de los variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas: • Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc. • Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal. • Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc. • Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas. • Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de la cupla del motor. • Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
  • 97. 97 • Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales. • Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales. • Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque. • Pozos petrolíferos. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo. Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos Aceleración controlada La aceleración del motor se controla mediante una rampa de aceleración lineal o en «S». Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de aceleración adecuado para la aplicación. Variación de velocidad Un variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un regulador. En este caso, es un sistema, rudimentario, que posee un mando controlado mediante las magnitudes eléctricas del motor con amplificación de potencia, pero sin bucle de realimentación: es lo que se llama «en bucle abierto». La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en función de las perturbaciones (variaciones de la tensión de alimentación, de la carga, de la temperatura). El margen de velocidad se expresa en función de la velocidad nominal.
  • 98. 98 Regulación de la velocidad Un regulador de velocidad es un dispositivo controlado (figura 1). Posee un sistema de mando con amplificación de potencia y un bucle de alimentación: se denomina, «bucle abierto». La velocidad del motor se define mediante una consigna o referencia. El valor de la consigna se compara permanentemente con la señal de alimentación, imagen de la velocidad del motor. Esta señal la suministra un generador tacométrico o un generador de impulsos colocado en un extremo del eje del motor. Si se detecta una desviación como consecuencia de una variación de velocidad, las magnitudes aplicadas al motor (tensión y/o frecuencia) se corrigen automáticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial. Gracias a la regulación, la velocidad es prácticamente insensible a las perturbaciones. La precisión de un regulador se expresa generalmente en % del valor nominal de la magnitud a regular. Deceleración controlada Cuando se desconecta un motor, su deceleración se debe únicamente al par resistente de la máquina (deceleración natural). Los arrancadores y variadores electrónicos permiten controlar la deceleración mediante una rampa lineal o en «S», generalmente independiente de la rampa de aceleración. Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la velocidad de régimen fijada a una velocidad intermediaria o nula: - Si la deceleración deseada es más rápida que la natural, el motor debe de desarrollar un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la máquina; se habla entonces de frenado eléctrico, que puede efectuarse reenviando energía a la red de alimentación, o disipándola en una resistencia de frenado. - Si la deceleración deseada es más lenta que la natural, el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la máquina y continuar arrastrando la carga hasta su parada. Inversión del sentido de marcha
  • 99. 99 La mayoría de los variadores actuales tienen implementada esta función. La inversión de la secuencia de fases de alimentación del motor se realiza automáticamente o por inversión de la consigna de entrada, o por una orden lógica en un borne, o por la información transmitida a mediante una red. Frenado Este frenado consiste en parar un motor pero sin controlar la rampa de desaceleración. Con los arrancadores y variadores de velocidad para motores asíncronos, esta función se realiza de forma económica inyectando una corriente continua en el motor, haciendo funcionar de forma especial la etapa de potencia. Toda la energía mecánica se disipa en el rotor de la máquina y, por tanto, este frenado sólo puede ser intermitente. En el caso de un variador para motor de corriente continua, esta función se realiza conectando una resistencia en bornes del inducido. Protección integrada Los variadores modernos aseguran tanto la protección térmica de los motores como su propia protección. A partir de la medida de la corriente y de una información sobre la velocidad (si la ventilación del motor depende de su velocidad de rotación), un microprocesador calcula la elevación de temperatura de un motor y suministra una señal de alarma o de desconexión en caso de calentamiento excesivo. Además, los variadores, y especialmente los convertidores de frecuencia, están dotados de protecciones contra: - los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra, - las sobretensiones y las caídas de tensión, - los desequilibrios de fases, - el funcionamiento en monofásico. Composición de los variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia están compuestos por: • Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc.
  • 100. 100 • Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos. • Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate Bipolar Transistor) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobre corriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa del motor, sobre temperaturas, etc. • Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos en general, etc. Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las armónicas y mejorar el factor de potencia El Inversor o Inverter convierte la tensión continua de la etapa intermedia en una tensión de frecuencia y tensión variables. Los IGBT envían pulsos de duración variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor.
  • 101. 101 La frecuencia portadora de los IGBT se encuentra entre 2 a 16kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acústico del motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permisible del cable hacia el motor. Por otra parte, los IGBT´s generan mayor calor. Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad (potenciómetro o señales externas de referencia) estén aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.
  • 102. 102 Principales tipos de variadores de frecuencia Rectificador controlado motor de corriente continua Proporciona, a partir de una red de corriente alterna monofásica o trifásica, una corriente continua con control del valor medio de la tensión. Los semiconductores de potencia constituyen un puente de Graëtz, monofásico o trifásico (figura 7). El puente puede ser mixto (diodos/tiristores) o completo (sólo tiristores). Esta última solución es la más frecuente porque permite un mejor factor de forma de la corriente suministrada. El motor de corriente continua más utilizado tiene la excitación separada, salvo para pequeñas potencias, en las que suelen usarse frecuentemente motores de imán permanente. La utilización de este tipo de variadores de velocidad se adapta bien a todas las aplicaciones. Los únicos límites vienen impuestos por el propio motor de corriente continua, en especial por la dificultad de conseguir velocidades elevadas y la necesidad de mantenimiento (sustitución de las escobillas). Los motores de corriente continua y sus variadores asociados han sido las primeras soluciones industriales. Después de más de una década, su uso va en constante disminución en beneficio de los convertidores de frecuencia. En efecto, el motor asíncrono es a la vez más robusto y más económico que un motor de corriente continua. Contrariamente a los motores de corriente continua, los asíncronos se han estandarizado con envolvente IP55, siendo por tanto prácticamente insensibles al entorno (goteo, polvo y ambientes peligrosos).
  • 103. 103 Convertidor de frecuencia para motor asíncrono Suministra, a partir de una red de corriente alterna de frecuencia fija, una tensión alterna trifásica, de valor eficaz y frecuencia variables (figura 8). La alimentación del variador puede ser monofásica para pequeñas potencias (orden de magnitud de algunos kW) y trifásica para los mayores. Ciertos variadores de pequeña potencia aceptan indistintamente tensiones de alimentaciones mono y trifásicas. La tensión de salida del variador es siempre trifásica. De hecho, los motores asíncronos monofásicos no son adecuados para ser alimentados mediante convertidores de frecuencia. Los convertidores de frecuencia alimentan los motores de jaula estándar con todas las ventajas de estos motores: estandarización, bajo coste, robustez, estanqueidad, ningún mantenimiento. Puesto que estos motores son auto-ventilados, el único límite para su empleo es el funcionamiento a baja velocidad porque se reduce esta ventilación. Si se requiere este funcionamiento hay que prever un motor especial con una ventilación forzada independiente. Regulador de tensión para el arranque de motores asíncronos Suministra, a partir de una red de corriente alterna, una corriente alterna de frecuencia fija igual a la de la red, mediante el control del valor
  • 104. 104 eficaz de la tensión, modificando el ángulo de retardo de disparo de los semiconductores de potencia (dos tiristores montados en antiparalelo en cada fase del motor) (figura 9). Composición Los arrancadores y variadores de velocidad electrónicos se componen de dos módulos generalmente montados en una misma envolvente (figura 10):  Un módulo de control que controla el funcionamiento del aparato,  Un módulo de potencia que alimenta el motor con energía eléctrica. El módulo de control En los arrancadores y variadores modernos, todas las funciones se controlan mediante un microprocesador que gestiona la configuración, las órdenes transmitidas por un operador o por una unidad de proceso y los datos proporcionados por las medidas como la velocidad, la corriente, etcétera. Las capacidades de cálculo de los microprocesadores, así como de los circuitos dedicados (ASIC) han permitido diseñar algoritmos de mando con excelentes prestaciones y. en particular, el reconocimiento de los parámetros de la máquina arrastrada. A partir de estas informaciones, el microprocesador gestiona las rampas de aceleración y deceleración, el control de la velocidad y la limitación de corriente, generando las señales de control de los componentes de potencia. Las protecciones y la seguridad son procesadas por circuitos especializados (ASIC) o están integradas en los módulos de potencia (IPM).
  • 105. 105 Los límites de velocidad, las rampas, los límites de corriente y otros datos de configuración, se definen usando un teclado integrado o mediante PLC (sobre buses de campo) o mediante PC. Del mismo modo, los diferentes comandos (marcha, parada, frenado...) pueden proporcionarse desde interfaces de diálogo hombre/máquina, utilizando autómatas programables o PC. Los parámetros de funcionamiento y las informaciones de alarma, y los defectos pueden verse mediante displays, diodos LED, visualizadores de segmentos o de cristal líquido o pueden enviarse hacia la supervisión mediante un bus de terreno. Los relés, frecuentemente programables, proporcionan información de: - fallos (de red, térmicos, de producto, de secuencia, de sobrecarga), - vigilancia (umbral de velocidad, pre-alarma, final de arranque). Las tensiones necesarias para el conjunto de circuitos de medida y de control son proporcionadas por una alimentación integrada en el variador y separadas galvánicamente de la red. El módulo de potencia El módulo de potencia está principalmente constituido por: - Componentes de potencia (diodos, tiristores, IGBT...), - Interfaces de medida de las tensiones y/o corrientes, - Frecuentemente de un sistema de ventilación.
  • 106. 106 Componentes de Potencia Los componentes de potencia (figura 11) son semiconductores que funcionan en «todo o nada», comparables, por tanto, a los interruptores estáticos que pueden tomar dos estados: abierto o cerrado. Estos componentes, integrados en un módulo de potencia, constituyen un convertidor que alimenta, a partir de la red a tensión y frecuencia fijas, un motor eléctrico con una tensión y/o frecuencia variables. Los componentes de potencia son la clave de la variación de velocidad y los progresos realizados estos últimos años han permitido la fabricación de variadores de velocidad económicos. Los elementos semiconductores, tales como el silicio, tienen una resistividad que se sitúa entre los conductores y los aislantes. Sus átomos poseen 4 electrones periféricos. Cada átomo se asocia con 4 átomos próximos para formar una estructura estable con 8 electrones. Un semiconductor de tipo P se obtiene añadiendo al silicio puro una pequeña cantidad de un elemento que posea 3 electrones periféricos. Le falta, por tanto, un electrón para formar una estructura de 8 electrones, lo que se convierte en un exceso de carga positiva. Un semiconductor de tipo N se obtiene añadiendo un elemento que posea 5 electrones periféricos. Por tanto, hay un exceso de electrones, es decir, exceso de carga negativa.
  • 107. 107 Principales modos de funcionamiento Los variadores de velocidad pueden, según el convertidor electrónico, o hacer funcionar un motor en un solo sentido de rotación, y se llaman «unidireccionales», o en los dos sentidos de la marcha, y se llaman entonces «bidireccionales». Los variadores son «reversibles» cuando pueden recuperar la energía del motor al funcionar como generador (modo frenado). La reversibilidad se obtiene o retornando la energía hacia la red (puente de entrada reversible), o disipando la energía recuperada en una resistencia con un chopper de frenado. La figura 2 muestra las cuatro situaciones posibles de la gráfica par-velocidad de una máquina resumidas en la tabla que le acompaña. Hay que indicar que cuando la máquina funciona como generador recibe una fuerza de arrastre. Este estado se utiliza especialmente para el frenado. La energía cinética disponible en el eje de la máquina, o se transfiere a la red de alimentación, o se disipa en las resistencias, o, para pequeñas potencias, en la misma máquina, como pérdidas.
  • 108. 108 Variador unidireccional Este tipo de variador, la mayor parte de veces no reversible, se emplea para: - Un motor C.C., con un convertidor directo (c.a.-c.c.) con un puente mixto con diodos y tiristores (figura 3a), - Un motor C.A., con un convertidor indirecto (con transformación intermedia en cc) con un puente de diodos a la entrada seguido de un convertidor de frecuencia que hace funcionar la máquina en el primer cuadrante (figura 3b). En algunos casos este montaje puede utilizarse en bidireccional (cuadrantes 1 y 3). Un convertidor indirecto que tiene un chopper de frenado y una resistencia convenientemente dimensionada sirven perfectamente para un frenado momentáneo (ralentización de una máquina elevadora cuando el motor debe desarrollar un par de frenado al bajar para retener la carga). En caso de funcionamiento prolongado del motor con una carga que lo arrastre, es imprescindible un convertidor reversible, porque la carga es entonces negativa, por ejemplo, en el motor utilizado al frenar en un banco de pruebas. Variador bidireccional Este tipo de variador puede ser un convertidor reversible o no reversible. Si es reversible, la máquina funciona en los cuatro cuadrantes y puede permitir un frenado importante. Si es no reversible, sólo funciona en los cuadrantes 1 y 3.
  • 109. 109 Funcionamiento a par constante Se denomina funcionamiento a par constante cuando las características de la carga son tales, que, en régimen permanente, el par solicitado es sensiblemente constante sea cual sea la velocidad (figura 4). Este modo de funcionamiento se utiliza en las cintas transportadoras y en las amasadoras. Para este tipo de aplicaciones, el variador debe tener la capacidad de proporcionar un par de arranque importante (1,5 veces o más el par nominal) para vencer los rozamientos estáticos y para acelerar la máquina (inercia). Funcionamiento a par variable Se denomina funcionamiento a par variable cuando las características de la carga son tales que en régimen permanente, el par solicitado varía con la velocidad. Es en concreto el caso de las bombas volumétricas con tornillo de Arquímedes cuyo par crece linealmente con la velocidad (figura 5a) o las máquinas centrífugas (bombas y ventiladores) cuyo par varía con el cuadrado de la velocidad (figura 5b). Para un variador destinado a este tipo de aplicaciones, es suficiente un par de arranque mucho menor (en general 1,2 veces el par nominal del motor). Muy frecuentemente dispone de funciones complementarias como la posibilidad de omitir las frecuencias de resonancia correspondientes a
  • 110. 110 las vibraciones indeseables de la máquina. Es imposible funcionar más allá de la frecuencia nominal de la máquina porque sería una carga insoportable para el motor y el variador.
  • 111. 111 Funcionamiento a potencia constante Es un caso particular del par variable. Se denomina funcionamiento a potencia constante cuando el motor proporciona un par inversamente proporcional a la velocidad angular (figura 6). Es el caso, por ejemplo, de una enrolladora cuya velocidad angular debe disminuir poco a poco a medida que aumenta el diámetro de la bobina por acumulación de material. Es también el caso de los motores de huso de las máquinas herramienta. El margen de funcionamiento a potencia constante es por definición limitado: a baja velocidad, por la corriente proporcionada por el variador, y a gran velocidad, por el par disponible del motor. En consecuencia, el par motor disponible con los motores asíncronos y la capacidad de conmutación de las máquinas de corriente continua deben ser comprobados.
  • 112. 112 Medidas de seguridad Condiciones de trabajo  Los motores están diseñados para utilizarse en aplicaciones de accionamiento industrial.  La gama de temperatura ambiente normal es de –25° C a + 40° C.  La altitud máxima es de 1000 m por encima del nivel del mar. Seguridad  Todos los motores deben instalarse y manejarse por personal cualificado, familiarizado con todos los requisitos de seguridad relevantes. La seguridad y el equipo de prevención de accidentes requerido por las normas locales de sanidad y de seguridad deben estar siempre presentes en los lugares de montaje y de funcionamiento.  Por tanto, antes de energizar el motor:  Utilice la ropa adecuada (guantes de electricista, botas con puntas de acero, lentes protectores, etc.) para evitar cualquier accidente, de tipo eléctrico o mecánico, en el momento del montaje, instalación, y mantenimiento de los motores eléctricos trifásicos.  Nunca suba encima de un motor. Para evitar quemaduras, nunca debe tocarse la cubierta externa durante el funcionamiento del motor. Es posible que en algunos casos existan instrucciones especiales para ciertas aplicaciones de motores especiales (por ejemplo, suministro de convertidor de frecuencia). Utilice siempre cáncamos de elevación para levantar el motor.  Compruebe (con la ayuda de un multímetro) que las conexiones estén realizadas según los diagramas indicados.  Asegúrese de que las tuercas estén bien apretadas al montar el motor.  Cerciórese que el motor esté efectivamente conectado a tierra, para evitar cualquier descarga accidental por defectos de aislamiento o fallas en la red.  Compruebe que los elementos de control tales como: contactares, temporizadores, luces piloto, etc., tengan el tipo (AC o CD), como nivel de tensión ( 220, 110,  48 ó 24 V) adecuado.  Tenga en cuenta, que este tipo de arranques (tensiones conmutables, polos conmutables y de anillos rasantes) no pueden ser realizadas en cualquier tipo de motor, ya que deben satisfacer ciertas características importantes.  Todos los motores deben ser desarmados en algún momento, para darles mantenimiento periódico, por tanto asegúrese de que la energía eléctrica esté interrumpida a la hora de desarmar el motor. lectura baja indicará un error de aislamiento.  Algunas clases de aislamiento pueden dañarse por el aceite derramado de los cojinetes, revise siempre los devanados del estator.  Utilice ropa adecuada en el momento de realizar mantenimiento al motor, por ejemplo: lentes o gafas en el momento de limpiar la suciedad, casco, guantes, mascarillas; recuerde que lo más importante es su seguridad.  Antes de realizar cualquier conexión para la realización de pruebas, desconecte el motor a prueba, ya que puede causar accidentes.  Para las pruebas realizadas de aislamiento, debe tener cuidado al utilizar el Megger, ya que por ninguna razón debe tocar los bornes de los cables de conexión mientras realiza la prueba, para evitar descargas de tensión, ya que los cables del Megger están sometidos a 500 V, 1000 V, 2500 V y 5000 V, de corriente directa.
  • 113. 113  Aplique las siguientes medidas de seguridad antes de realizar el mantenimiento de un motor de corriente continua:  Coloque un rótulo cerca del área en donde trabaje; en el que se indique que se está trabajando en el mantenimiento del motor.  Baje los interruptores del lugar en donde se encuentre el motor y guárdelos en su bolsillo.  Mida la tensión en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero voltios).  Mida la intensidad en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero amperios).  PROTECCIÓN AMBIENTAL  Recoja todo aquel residuo o sobrante de materiales desechables como aceites o lubricantes, cojinetes en mal estado, motores inservibles, fajas, tornillos, pedazos de lija, etc., todos ellos ocupan un lugar entre los conocidos desechos industriales.  Tenga en consideración lo siguiente:  No derrame aceite en el suelo, utilice un recipiente plástico, cierre con una tapadera roscadle y deposítelo en la basura.  Tome el tiempo necesario para separar los distintos materiales y selecciónelos (cobre, aluminio, papel, vidrio, etc.)  Mantenga su basurero tapado, para evitar moscas u otros insectos.  Cuando realice mantenimiento a los motores y necesite cambiar los fusibles quemados, deposite los fusibles en un recipiente cerrado y deséchelos en el bote de basura.
  • 114. 114 Unidades de medida SI Esta sección explica alguna de las unidades del Sistena Internacional de Unidades (SI) que se utilizan en relación con los motores eléctricos y su aplicación. El sistema Internacional
  • 115. 115
  • 116. 116 Factores de conversión Las unidades que se utilizan normalmente para las aplicaciones técnicas son unidades del SI. Sin embargo, es posible encontrar otras unidades en las descripciones, dibujos, etc., especialmente cuando aparece el sistema de pulgadas. Recuérdese que el galón norteamericano y el galón británico no son el mismo. Para evitar confusión, se aconseja escribir US o UK después de la unidad.