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1.- Comparacin de Mquinas elctricas.

Para poder efectuar una comparacin de mquinas elctricas es necesario efectuar una

clasificacin.

Las mquinas elctricas se pueden clasificar en tres grandes grupos:

- generadores - conversores - motores

Los generadores se pueden clasificar en:

- generadores de corriente continua (derivacin)

- generadores de corriente continua (compuesto)

- alternadores sincrnicos (monofsicos)

- alternadores sincrnicos (trifsicos)

- generadores asincrnicos

Los generadores de corriente continua con conexin derivacin tienen un uso muy limitado

ya que sirven slo para pequeos generadores y por tratarse de mquinas caras se las

reemplaza por alternadores con rectificador, por ejemplo en automotores.

Los generadores de corriente continua conexin compuesta aditiva tienen aplicacin en los

trenes diesel-elctricos, los cuales, por su caracterstica de funcionamiento requieren de

corriente continua en grandes potencias.

Los generadores de corriente continua con conexin compuesta sustractiva tienen su

aplicacin en mquinas de soldar rotantes impulsadas por motores de explosin.

Los alternadores monofsicos se emplean en generacin de corriente alterna monofsica.

Por su condicin de monofsico no se aplican a grandes potencias. Por lo general son de menos

de 5 KVA y en 220 V.

Los alternadores trifsicos son los ms empleados. Su uso es generalizado en cualquier

sistema de generacin y distribucin de energa elctrica. Para grandes potencias se fabrican

en media tensin y para bajas potencias (hasta 1000 KVA) en 400 V. Por lo general se trata de

mquinas de 50 Hz y el nmero de polos depende de su velocidad de giro o sea de la mquina

impulsora.

La generacin asincrnica consiste en hacer funcionar un motor asincrnico como generador

(con resbalamiento negativo). Tiene aplicacin en sistemas de generacin con velocidad muy

variable en el eje (p.e. generacin elica).

Los conversores se pueden clasificar en:

- transformadores monofsicos

- transformadores trifsicos

- tansformadores de medida

- autotransformadores

- rectificadores

Los transformadores monofsicos tienen su aplicacin en potencias muy bajas como por

ejemplo alimentacin de equipos electrnicos, electrodomsticos o mquinas herramientas.

Tambin se los emplea en distribucin rural. La potencia de los transformadores monofsicos es

por lo general inferior a 5KVA excepto aplicaciones muy especiales como banco de

transformadores monofsicos o para alimentacin de algunos tipos de hornos especiales.

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Los transformadores trifsicos se emplean por lo general para todas las trasformaciones de

potencia en los sistemas de transmisin y distribucin. Su tamao no tiene lmites tericos, las

limitaciones estn dadas por problemas constructivos. Hay transformadores del orden de

100 MVA

Los transformadores de medida se emplean para adaptar los parmetros a medir al alcance

de los instrumentos y para aislar los circuitos de medicin de los circuitos de potencia. Tambin

se emplean en los dispositivos de proteccin. Existen dos tipos de transformadores de

medida: transformadores de intensidad y transformadores de tensin.

Los autotransformadores se emplean fundamentalmente para el arranque de motores. En

algunas casos muy aislados se los emplean como elevadores de tensin para lneas muy

largas.

Los rectificadores son muy empleados en la actualidad para obtener corriente continua en

cualquier lugar y potencia. Existen rectificadores monofsicos y rectificadores trifsicos.

La parte que ms interesa en este capitulo es la clasificacin de motores que se resume de la

siguiente forma:

motores de corriente continua: - con imn permanente

- derivacin

- serie

- compuesto

motor asincrnico: - jaula de ardilla

- doble jaula de ardilla

- rotor bobinado

motor sincrnico: - monofsico

- trifsico

motores monofsicos: - serie

- de induccin

motores especiales: - lineal

- paso a paso

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Para poder efectuar una comparacin de los motores elctricos hay que hacer referencia al

uso de cada uno de ellos.

2.- Uso de los motores.

Los motores de corriente continua con conexin serie se usan especialmente en traccin

ferroviaria o en cualquier otro uso de velocidad variable y que requiere una elevadsima cupla

de arranque. Son muy comunes los trenes con motores serie de corriente continua. El "burro de

arranque" de los motores de explosin por lo general es un motor serie de corriente continua.

El motor serie de corriente continua tiene el inconveniente de

que tiende a embalarse cuando queda en vaco. (Ver caracterstica par-velocidad)

El motor de corriente continua con conexin derivacin tiene mucha aplicacin en

sistemas que requieren control de velocidad.

Este motor tambin posee la mxima cupla en el arranque aunque no es tan elevada como

en el caso del motor serie.

En el motor con conexin compuesta se combinan las caractersticas de los dos anteriores.

Su uso no es tan difundido.

El motor asincrnico de jaula de ardilla es el ms empleado de los motores por su bajo

costo. No tiene posibilidades de variacin de velocidad con mtodos electromecnicos simples.

Solamente los motores de doble bobinado o los de bobinado partido pueden efectuar cambios

de velocidad variando el nmero de polos, pero solamente lo pueden hacer en saltos discretos,

por ejemplo la mitad o un tercio de la velocidad original. La cupla de arranque si bien es algo

mayor que la cupla nominal, no es la cupla mxima, por lo tanto este tipo de motor no es muy

recomendable para "arranques pesados". Para grandes potencias es necesario emplear

dispositivos que permitan reducir la corriente de arranque que puede ser hasta 5 veces la

corriente nominal.

El motor asincrnico de doble jaula de ardilla tiene una mejor perfomance en el arranque,

conservando las caractersticas del motor de jaula simple en condiciones nominales. Un motor

muy parecido a ste se emplea en la industria petrolera en los equipos individuales de bombeo,

se trata del motor Norma NEMA D o de gran resbalamiento.

El motor asincrnico con rotor bobinado permite obtener la cupla mxima en el arranque o

sea que es el indicado para arrancar equipos que requieren gran cupla de arranque o deben

mover sistemas con gran momento de inercia. En algunos casos se lo emplea como control de

velocidad pero no es lo ms recomendado pues tiene muy bajo rendimiento trabajando en esas

condiciones. Son ejemplos de su uso: el bombeo directo en oleoductos o movimiento de

ventiladores radiales de gran dimetro.

El motor sincrnico es una mquina muy poco usada. El motor sincrnico monofsico o

los trifsicos de muy baja potencia (especialmente los de cupla de reluctancia), se usan en

algunos dispositivos de control y por lo general bajo otra designacin (Sus potencias andan en

el orden de la fraccin de HP). El uso de motores sincrnicos de mayor potencia tiene sentido

cuando se requiere el sincronismo de piezas rotantes.

Los motores sincrnicos trifsicos de potencia muy grande (mayor que 100 HP) se

emplean en accionamientos directos de baja velocidad ya que posee un muy buen rendimiento

y la posibilidad de odificar su factor de potencia. (Los motores asincrnicos de menos de

1000 rpm tienen bajo rendimiento)

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Los motores monofsicos son los de uso domstico o de uso en pequeos talleres. Por lo

general son de baja potencia (menos de 3 HP). Cuando se requiere elevado par de arranque o

control de velocidad se emplea el motor serie , pero cuando no hay exigencias de este tipo se

prefiere en motor monofsico de induccin por su bajo costo.

Para desplazamientos lineales (lanzaderas, trenes de alta velocidad) se estn empleando

cada vez ms los motores lineales.

Para el accionamiento de dispositivos de control, ltimamente se estn empleando cada vez

ms los motores paso a paso que responden a impulsos y estn muy emparentados con la

electrnica binaria.

3.- Formas constructivas.

Los motores se suministran en la forma constructiva bsica B 3 , pero se pueden suministrar otras formas constructivas segn la siguiente tabla (Norma DIN 42 950)

B 3 B 6 B 7 B 8 V 5 V 6

B 5 V 1 V 3 B 9 V 8 V 9

B 10 V 10 V 14 B 14 V 18 V 19

B 15 B 3 / B 5 B 3 / B 14 C 2

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Proteccin mecnica

Segn DIN 40 050 IEC 144

Refrig. Clase Protec.

1a. cifra proteccin contra contactos

proteccin cuerpos extraos

2a. cifra proteccin contra agua

IP 00 ninguna ninguna ninguna IP 02 goteo de agua hasta 15

con la vertical IP 11 objetos gran superficie grandes cuerpos slidos

> 50 mm goteo agua en sentido vertical

IP 12 goteo de agua hasta 15 con la vertical

IP 13 goteo de agua hasta 60 con la vertical

IP 21 contacto con los dedos cuerpos slidos de mediano tamao > 12 mm

goteo agua en sentido vertical

IP 22 goteo de agua hasta 15 con la vertical

IP 23 goteo de agua hasta 60 con la vertical

IP 44 contacto con herram. similares

Pequeos cuerpos slidos > 1 mm

proyeccin de agua en cualquier direccin, no debe producir efecto nocivo.

IP 54 proteccin total efectiva contra contacto

depsitos perjudiciales de polvo en el interior.

Proyeccin de agua en cualquier direccin, no debe producir efecto nocivo.

IP 55 agua proyectada por una manguera en cualquier direccin, no debe producir efecto nocivo.

IP 56 contra entrada agua de mar en cantidad nociva.

IP 65 proteccin total contra contacto

proteccin contra entrada de polvo

proyeccin de agua en cualquier direccin, no debe producir efecto nocivo.

4.- Ensayos de recepcin.-

Los ensayos de recepcin difieren segn el tipo de mquina elctrica de que se trate, pero

hay dos ensayos que son comunes a todas las mquinas. Estos ensayos son: ensayos de

aislacin y pruebas de continuidad de bobinados. El ensayo de aislacin se efecta con un

meghmetro o meguer y la prueba de continuidad se puede efectuar con un multmetro (tester)

o con una lmpara serie.

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Cuando se trata de mquinas elctricas de gran tamao se efectan otros tipos de ensayo

que permiten determinar las caractersticas de las mismas como por ejemplo los ensayos de

vaco y ensayos de cortocircuito o rotor bloqueado. Estos ensayos por lo general se

efectan en la fbrica o en el local de la empresa proveedora.

Cuando se trata de mquinas muy importantes a veces es necesario poder determinar las

curvas caractersticas de funcionamiento.

5.- Determinacin de las caractersticas.

Lo ms importante es conocer las caractersticas descriptivas de la mquina que permitan su

identificacin para las especificaciones de compra., las cuales se dan a continuacin:

Para mquinas muy importantes es necesario determinar las caractersticas de

funcionamiento. Fundamentalmente las caractersticas de par-velocidad y su comportamiento en

el arranque.

DATOS A ESPECIFICAR AL SOLICITAR UN MOTOR

datos ejemplo

a) Tipo Asincrnico trifsico

b) Clase Jaula de ardilla

c) Potencia nominal 10 CV

d) Servicio Continuo

e) Velocidad 1450 r.p.m.

f) Sentido de giro ambos

Ma

g) Par de arranque mnimo > 1,5 Mn

h) Sujecin B3

i) Grado de proteccin IP 44

j) Clase de aislacin B

k) Normas exigidas IRAM

l) Arranque Directo

m) Temperatura amb. mn. 40

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cupla

r.p.m.

cupla

r.p.m.

cupla

r.p.m.

cupla

r.p.m.

Motor asincrnico Motor serie de c.c.

Motor derivacin c.c. Motor compound c.c.

CARACTERISTICAS PAR-VELOCIDAD

6.- Eleccin de motores.

En la eleccin de motores evidentemente hay que seguir un criterio cuyos lineamientos

generales se exponen a continuacin.

El parmetro ms importante en una mquina elctrica es la potencia porque esto define el

tamao de la misma. El dato que le sigue en importancia es la velocidad: Si es fija o variable.

Si es fija interesa el valor y si es variable, interesa el rango de variacin.

Otros datos muy importantes son las condiciones de arranque y las fuentes de alimentacin

(Si hay cte. continua disponible, si hay media tensin).

El tipo de servicio y la temperatura ambiente de trabajo son factores muy importantes a tener

en cuenta. Tambin son datos de importancia las formas de montaje y la proteccin ambiental

requerida.

7.- Regulacin de velocidad.

La regulacin de velocidad es un factor decisivo en la eleccin de motores elctricos,

especialmente si se trata de mquinas de potencia respetable. En mquinas muy pequeas

(fraccin de HP) se puede recurrir al motor serie universal con simples controladores

consistentes en restatos en donde la potencia disipada no es significativa desde el punto de

vista econmico. Actualmente se puede regular la tensin aplicada al motor serie mediante

controladores electrnicos de muy bajo costo

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Cuando se trata de mquinas de mayor potencia ya hay que pensar en motores de corriente

continua, especialmente en el motor con excitacin derivacin o en el de excitacin

independiente.

Antiguamente se empleaban restatos para controlar el arranque y la velocidad pero esto se

traduca en derroche de energa. Para superar este inconveniente en sistemas de gran potencia

(trenes de laminacin) se emplearon sistemas de mquinas combinadas como el mtodo Ward-

Leonard que se menciona en los libros clsicos de mquinas de corriente continua.

Control de velocidad en una mquina de corriente continua mediante restatos.

La electrnica nos brinda ahora la posibilidad de efectuar el control de velocidad de la

mquina de corriente continua sin grandes prdidas de energa y sin recurrir a la combinacin

de mquinas. Se emplean para ello los rectificadores controlados (tiristores).

Control electrnico de

velocidad de un motor de

corriente continua.-

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El motor asincrnico no es el ms indicado para control de velocidad ya que la misma

depende de la frecuencia, del nmero de polos y de la carga. Algunos textos mencionan al

motor asincrnico de rotor bobinado como alternativa posible para controles de velocidad pero

es muy poco usado ya que, funcionando de esa forma, este motor baja notablemente su

rendimiento.

Se puede modificar la velocidad de un motor asincrnico variando el nmero de polos pero

con sto slo se logran saltos discretos. (1/2 1/3 de la velocidad base). Para variar el nmero

de polos se requiere efectuar doble bobinado de distinto nmero de polos o un bobinado partido

con conexin Dahlander. Este tipo de control de velocidad se utiliza en ascensores de baja

capacidad.

La evolucin de la electrnica de potencia de estado slido, permite actualmente efectuar el

control de velocidad del motor asincrnico del tipo "jaula de ardilla", variando la frecuencia y la

tensin aplicada. Estos equipos ya comienzan a ser econmicamente competitivos con otros

sistemas de control de velocidad.

Control de velocidad por variacin de frecuencia.-

8.- Equipos de maniobras de motores.

Los motores requieren de conexin, desconexin, proteccin y control. Los equipos que

cumplen esas funciones varan segn: el tipo de motor, el tamao y las condiciones de

arranque y de marcha. Las protecciones elctricas mnimas requeridas por un motor son: por

sobrecarga y por cortocircuito.-

Los elementos ms empleados en los equipos de maniobra de motores son los contactores y

los guardamotores.

Los motores asincrnicos de baja potencia (menos de 10 HP) pueden arrancar en forma

directa, esto se puede lograr de dos formas: con guardamotor o con contactor.-

El guardamotor es un dispositivo de conexin y desconexin que adems est equipado con

una proteccin trmica (sobrecarga) y una proteccin magntica (cortocircuito). Se puede

emplear cuando el comando del motor se efecta desde un lugar cercano al mismo.

Cuando se requiere uno o ms comandos a distancia del motor o algn comando automtico,

se emplea un contactor con una proteccin trmica y con fusibles. A continuacin se muestra

un esquema simple de conexin de motor con contactor.

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Comando y proteccin de un motor asincrnico con contactor.-

9.- Centro control de motores.-

Cuando las instalaciones son pequeas, normalmente cada motor posee su dispositivo de

comando y control, pero en las instalaciones de gran envergadura, con gran cantidad de

motores y muchos operarios se suele recurrir a los Centros de Control de Motores.

El centro control de motores puede presentarse en dos formas distintas: Con sistema de

control central (computadora) o con comandos individuales.

10.- Automatizacin de mandos.

El comando de un motor puede ser manual o automtico. En el punto 8 se vio que cuando el

comando es manual se puede hacer de dos formas, con guardamotor o con contactor. En este

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caso se representa un comando manual con dos botoneras, una local y otra a distancia.

Comando local y a distancia.-

El esquema anteriormente presentado, que no es el nico posible, corresponde al empleo de

un contactor con bobina de 220V. En caso de emplearse bobina de 380V la variante radica en

que en vez de tomarse el neutro se toma otra fase.

Bajo los conceptos bsicos del esquema presentado se puede efectuar cualquier tipo de

automatizacin, la lgica a seguir consiste en colocar todos los mandos de arranque en

paralelo y todos los mandos de parada en serie. Los dispositivos de bloqueo debern estar

conectados en serie con el rel de proteccin trmica.

Las tcnicas de automatizacin han mejorado muchsimo con el empleo de la electrnica

digital y los circuitos integrados. Es amplia la variedad disponible de controladores

programables autnomos y los interconectables a ordenadores centrales.

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11.- Mantenimiento de motores.

El motor asincrnico tipo "jaula de ardilla" no requiere de ningn tipo de mantenimiento

especial. Solamente la lubricacin de cojinetes cuya periodicidad difcilmente sea menor de un

ao. En el caso en que se emplearan motores abiertos en lugares con algo de contaminacin

ambiental (que no es lo aconsejable), habr que efectuar limpieza de bobinados, verificacin de

aislacin y refuerzo de la misma. La periodicidad depender del grado de contaminacin.

Los motores asincrnicos de rotor bobinado requerirn adems mantenimiento de escobillas

y anillos rozantes cuya periodicidad depender del uso y del tipo de anillos.

Los motores de colector (maquinas de c.c. o universales) requieren de un gran

mantenimiento de escobillas y de colector, ya que stos estn sometidos a un fuerte desgaste.

De todas las actividades de mantenimiento elctrico de motores, sta es la ms exigente en

calidad y periodicidad.

Lo que tambin exige mantenimiento son los equipos de maniobra de motores. Las tareas

bsicas de este mantenimiento son:

- verificacin de correcto funcionamiento

- verificacin de contactos del contactor

- verificacin de las protecciones (regulacin)

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