Número de polos.Devanados del motor AC

Una de las características de un motor AC (CA) es el número de polos del rotor. Este dato automáticamente dará el número de devanados que tiene el motor. # devanados = # polos x 2.

Ejemplo:- Si un motor tiene 4 polos, entonces el motor tiene 8 devanados.- Si un motor tiene 6 polos, entonces el motor tiene 12 devanados.

Los devanados que tenga un motor CA se dividen en dos grupos. (Ver el diagrama)

Un grupo A y el otro B. Todos los devanados de cada grupo están conectados en serie, formando dos grandes devanados.

Estos dos grandes devanados se diferencian entre si en que la voltaje que los alimenta están desfasados 90°. Este desfase se logra con un capacitor y es el desfase que existe en devanados adyacentes en el motor. En la figura el voltaje de alimentación es E = E sen(wt + 90°).

Los polos en el rotor se representan por N y S (imanes)

Velocidad del motor AC

Como en el rotor los polos son fijos y en estator la polaridad de los campos varía (está alimentado por corriente alterna), los polos fijos del rotor, siguen las variaciones de polaridad de los devanados del estator.

Habrá efectos de atracción y repulsión de campos magnéticos que causará la rotación del rotor.

Como el voltaje de alimentación del estator es periódica, entonces el movimiento del rotor (rotación) sigue esta variación periódica del voltaje de alimentación y como consecuencia la velocidad de rotación es constante.

La velocidad del motor AC está dada por la fórmula: Ns = 60 x f/p

Donde:- Ns = velocidad del motor en rpm (revoluciones por minuto)- f = frecuencia de la alimentación en Hertz (Hz)- p = número de pares de polos del motor.

Importante:- Mientras más polos tenga un motor, menor es su velocidad de rotación (ver la fórmula)- Si el rotor por tener una carga muy grande, no puede seguir las variaciones del estator, causará que el motor deje de girar.- La velocidad de giro del motor AC depende exclusivamente de la frecuencia del voltaje que alimenta el motor (ver la fórmula)

Motores Eléctricos

Idea Elemental del Campo Magnético

 

Supongamos tres grupos de bobinas conectadas en triángulo, formando entre

si ángulos iguales. Cada grupo de bobinas se conecta a una fase de la

Corriente Alterna.

Como sabemos las corrientes trifásicas tienen distinta intensidad en cada fase

y en cada momento que las consideramos, luego el valor del campo magnético

generado por una fase dependerá de la intensidad en esta fase en el instante

dado. De otra parte, al estar las intensidades desfasadas entre si 120 grados

eléctricos en los tres devanados, los valores de los campos magnéticos

generados también estarán desfasadas 120 grados.

 Estos tres campos magnéticos existentes en cualquier instante, se combinaran

para producir un campo magnético resultante, que va girando a medida que

varía la intensidad de la corriente de las tres fases.

El siguiente dibujo representa las tres intensidades alternas de un sistema

trifásico, cuyos devanados se ordenan en el estator de manera que, entre ellos

haya un desfase de 120 grados entre si, así como que estas tres formas de

onda pueden representar, a su vez, los valores de los campos magnéticos

alternos generados por las tres fases.

Obsérvese que en el instante 1 el valor de la fase R es positiva y el de la fase T

es negativa, lo que significa que por ellas circulan corrientes de sentido

contrario, y por lo tanto crean polaridades distintas en los polos afectados por

estas fases. La polaridad de estos campos se indica en el esquema del estator

correspondiente indicado encima de la posición numero 1. Puede verse la

ausencia de polaridad en las bobinas conectadas a la fase S mientras las

bobinas afectadas por las fases R y T crean un campo magnético resultante de

posición intermedia entre los polos formados y de sentido norte a sur como

puede verse en la figura.

En el instante 2 la fase R tiene un valor nulo y las fases S y T valores iguales y

de signo contrario. De ello se deduce que el campo magnético resultante habrá

girado 60 grados. Siguiendo el mismo razonamiento para las distintas

posiciones sucesivas, se obtendría un campo magnético giratorio en el estator

trifásico, que daría una vuelta por cada ciclo de la Corriente Alterna.

2.- Motores Trifásicos

2.1.- Asíncronos

Son los que llevan la velocidad que corresponde a la formula:

nF

p

60 •

F = frecuencia en Hz.

p = Pares de polos del motor.

Este tipo de motor no se emplea industrialmente, por una serie de problema

que origina su puesta en marcha, proceso de trabajo y desconexión.

Estos motores llevan siempre una velocidad inferior a la que le correspondía

por formula.

El motor asíncrono no ofrece problemas de puesta en marcha y parada, ni

durante el proceso de trabajo, siendo su rendimiento muy aceptable, consta de

un estator y rotor.

El estator es la parte en reposo del motor. En el que están las ranuras en que

va el bobinado, esquema representado en la parte inferior de la lámina. Los

principios U - V - W y los finales X - Y - Z de las fases van a una caja de

conexiones o bornes, que podrán estar conectados en estrella o triángulo.

El rotor es generalmente de jaula de ardilla o cortocircuito. En este caso no

lleva bobinado alguno.

2.2.- Motor de Inducción Trifásico en Cortocircuito

Funcionamiento

Al aplicar corriente trifásica al devanado trifásico del estator se crea en este

campo magnético giratorio. Este campo magnético giratorio induce en las

espiras del rotor una fuerza electromotriz, y como todas las espiras están en

cortocircuito, circula por ellas una corriente.

La Ley de Lenz dice

Toda corriente inducida tiende a oponerse a la causa que la produce.

La corriente del rotor, al oponerse al campo magnético que la produce, obliga al

rotor a girar en el mismo sentido del campo.

2.3.- Bobinado de un motor

Estos terminales del bobinado se pueden conectar en estrella o triángulo.

2.4.- Consumo de los Motores Trifásicos

Como orientación, se puede tomar como consumo medio de los motores

trifásicos eléctricos, los siguientes:

2.5.- Intensidades de arranque de los motores trifásicos

A la hora de considerar la puesta en marcha de un motor es muy importante

tener en cuenta si el arranque se hace en vacío, a media carga o a plena

carga, así como el tipo de maquina en que esta situado el motor.

En la tabla que se inserta a continuación se indica la relación de corriente,

entre el arranque y la marcha normal o de régimen.

Los valores aquí dados son orientativos, ya que en la práctica se permiten una

gama mas amplia de variación entre la corriente de arranque y la de marcha

normal.

2.5.1.- Intensidades de arranque y de corte

2.6.- Protección de Motores (Fusibles)

Los fusibles protegen a las maniobras eléctricas contra sobrecargas y

cortocircuitos.

En un motor se pueden producir distintas anomalías durante su

funcionamiento, principalmente sobrecarga:

- Baja tensión de alimentación, pues necesitaría para mantener la misma

potencia aumentar la intensidad.

- Carga mecánica excesiva durante el funcionamiento, poniéndole al motor mas

potencia de la que pueda suministrar

 - Par mecánico resistente superior a lo normal, por agarrotamiento de

cojinetes, mala ventilación y excesivo calentamiento.

 - Fallo de una fase, debido a un cortocircuito o bien a la fusión de un fusible,

aumentando en este caso la intensidad en las otras dos fases.

Para la protección del motor utilizamos, principalmente fusibles y relés

térmicos.

 Condiciones para los fusibles:

1.- Durante el funcionamiento normal del motor, desconectándolo cuando la

intensidad sobrepase 15 veces la nominal del motor en un tiempo igual o

inferior a 0,2 segundos.

  2.- Resistir sin fundirse una intensidad de arranque 6 veces superior al valor

nominal de la misma durante 5 segundos en el arranque directo y 2 veces el

valor nominal durante 15 segundos para los otros tipos de arranque.

 De los relés térmicos ya hablaré mas adelante.

 

2.7.- Arranque directo de motores trifásicos

Es el sistema de arranque más simple obtenido en un solo tiempo, pues

consiste en conectar directamente a la red, a través de un interruptor,

contactor, etc., de un motor,

 Con este sistema el motor absorbe una corriente de arranque que oscila de 3 a

7 veces la intensidad nominal, el par de arranque es siempre superior al par

nominal y permite el arranque rápido de una maquina a plena carga.

La ventaja que tiene es la simplicidad del material necesario para la puesta en

marcha y un par de arranque muy energético. El inconveniente es la elevada

corriente de arranque, que por lo tanto, puede provocar una caída de tensión,

la cual deberá tenerse en cuenta, pues se debe limitara un 5 % con objeto de

tener un buen cierre de los elementos de conexión (interruptores, contactores,

etc.) y no disminuir el par de arranque.

 Las protecciones contra sobrecargas y cortocircuitos deben soportar la

corriente de arranque sin perder su eficacia durante el funcionamiento del

motor.

El campo de aplicación de este tipo de arranque es para motores de pequeña

potencia o de potencia débil con relación a la potencia de la red y para

maquinas que no necesitan una progresiva puesta en velocidad.

 Cuando llegan a igualarse el par del motor y el resistente, la velocidad se

estabiliza junto con la corriente de la línea.

Normalmente este sistema de arranque está limitado para la apuesta en

marcha de motores con una potencia no superior a 4 o 5 caballos

aproximadamente, así la intensidad de arranque puede ser absorbida por la

línea de distribución.

2.8.- Inversión del sentido de giro de un motor trifásico

Cuando la maquina accionada tenga que girar en dos sentidos, bastará con

cambiar dos de las tres fases de alimentación del motor para que invierta el

sentido, que se consigue porque se cambia el sentido del campo giratorio del

estator y por consiguiente el de inducido.

En las maquinas herramientas, como torno, fresadores, etc., que la inversión se

realiza con cierta frecuencia, esta maniobra se realiza mediante contactores

cuyo control se consigue por medio de pulsadores, finales de carrera,

temporizadores, etc.

No es conveniente hacer la inversión bruscamente sino esperar a que el motor

este parado y luego invertir el sentido de giro.

Los inversores constan de un equipo de dos contactores enclavados entre si de

tal manera que si funciona uno el otro no funcione, o sea que exista un

enclavamiento entre ellos, pues si pudiese conectar los dos contactores a la

vez al estar cambiadas dos de las tres fases se produciría un cortocircuito.

2.9.- Arranque de un motor trifásico en Estrella - Triángulo

 Los motores trifásicos absorben en el momento de arranque más intensidad de

la nominal. Este aumento de intensidad en el arranque provoca una sobrecarga

en la línea que a su vez origina una caída de tensión pudiendo ser perjudicial

para otros receptores. En los motores de jaula de ardilla, la intensidad de

arranque supera de 3 a 7 veces la nominal.

Para evitar este aumento de intensidad se utiliza el arranque estrella - triángulo,

que consiste en conectar el motor en estrella a la tensión correspondiente a

triángulo, transcurrido unos segundos, cuando el motor casi ha alcanzado su

velocidad nominal, se pasa a triángulo.

 Para que se pueda efectuar el arranque estrella - triángulo, la tensión de la

línea debe ser igual a la correspondiente a la tensión en triangulo del motor, o

sea la menor de la indicada en la placa de características del motor.

El conmutador estrella - triángulo es el aparato utilizado para este tipo de

arranque, que permite el arranque del motor en estrella y luego en triángulo.

Estos conmutadores pueden ser:

- Manuales: de cuchillas y rotativos.

- Automáticos: por medio de contactores.

2.10.- Conexión de motores trifásicos en estrella - triángulo

2.10.1.- Conexión en triángulo

2.10.2.- Conexión en estrella

2.11.- Arranque de motores a tensión reducida

 

2.11.1.- Arranque por eliminación de resistencias estatoricas

 

Este procedimiento consiste en intercalar durante el periodo de arranque unas

resistencias en serie entre la línea y el estator del motor, limitando así la punta

de intensidad en el arranque, la misma proporción que la tensión en bornes del

motor y el par de arranque en la razón del cuadrado de esta reducción.

 La eliminación de estas resistencias se realiza manual o automáticamente en

uno o mas puntos según la potencia del motor y las características de la

maquina accionada.

 Normalmente se realiza en dos tiempos, aunque podría hacerse en más pero

los resultados obtenidos no lo justifican.

 Durante el primer tiempo (eliminación de la primera mitad de las resistencias)

se obtienen las características reseñadas anteriormente, o sea para un par de

arranque igual al conseguido en un estrella - triángulo, la punta de intensidad

será mas elevada.

En el segundo tiempo se cortocircuitan las resistencias y el motor queda

conectado a plena tensión. La punta de intensidad y el par de arranque queda

al comienzo de este tiempo son mas débiles que en el arranque estrella -

triángulo, ya que se realiza a una velocidad superior, en este tipo de arranque y

debido a que en el paso a plena tensión del motor no se desconecta de la red,

no se produce ningún fenómeno transitorio. Se utiliza para el accionamiento de

maquinas centrifugas y cuyo par resistente es bajo durante periodo de

arranque, aunque se pueda aumentar en velocidad, su utilidad principal esta en

maquinas como: bombas, compresores. Las resistencias de arranque deben

dimensionarse correctamente.

2.12.- Motores de Características Especiales

 2.12.1.- Regulación de velocidad

 En los motores trifásicos con rotor en cortocircuito normalmente basta con que

la velocidad sea bastante constante, pero a veces se necesita variar la

velocidad, bien sea en forma gradual o escalonada, el procedimiento mas

utilizado para esta regulación de velocidad es variar el numero de polos del

estator, puesto que sabemos que la velocidad del motor depende de la

frecuencia de la red y del numero de pares de polos.

nf

pr p m

•. .

60

 Luego los motores trifásicos con rotor en cortocircuito, variando el número de

polos podemos obtener de una forma escalonada de dos, tres, cuatro

velocidades, resultando este procedimiento de regulación de velocidad

económico y buenas características mecánicas.

 Los motores de variar velocidad tienen su principal utilidad en aquellos casos

en los que la velocidad no tienen que regularse de forma progresiva, como es

el caso de las herramientas como tornos, taladradoras, etc., en general todas

las que trabajan por arranque de virutas, pues de esta manera se reducen las

transmisiones mecánicas, con lo que se reducen las perdidas. También se

utilizan en ventiladores, ascensores, etc.

 Este tipo de regulación de velocidad se realiza por medio de motores de varias

velocidades. Con respecto a los motores de dos velocidades, pueden

obtenerse de dos maneras:

- por medio de dos devanados diferentes o sea independiente.

- por medio de un solo devanado en conexión DAHLENDER.

 2.12.2.- Motores de dos velocidades con devanados independientes.

 Son motores trifásicos con rotor en cortocircuito que llevan devanados

separados, normalmente conectados cada uno de ellos en estrella y teniendo

cada uno de ellos un numero distinto de polos para obtener una velocidad por

cada bobinado. Estos tipos de motores solamente se pueden conectar a una

tensión, solamente se puede realizar el tipo de arranque directo.

Los motores con devanados independientes, teóricamente, permiten cualquier

relación de velocidad y de potencia, aunque son preferibles los montajes a

potencias constantes y relación de velocidad distinta a 2 a 1, cosa que no

resulta posible en la conexión Dahlender.

El empleo de este tipo de motores es bastante reducido y prácticamente ha

desaparecido su uso, pues tienen poca potencia y mucho volumen.

La relación de velocidades con respecto al número de polos suele ser:

Velocidades: 500 / 700 750 / 1000 1000 / 1500

Nº de polos: 12 / 8 8 / 6 6 / 4

 En la actualidad para obtener las dos velocidades se utiliza la conexión

Dahlender, cuyo estudio realizaremos después, porque tiene mejor rendimiento

y resulta más económico.

2.12.3.- Motores de dos velocidades conexión Dahlender

 El motor de dos velocidades tiene las mismas características constructivas que

el motor normal, su diferencia esta únicamente en el bobinado, pues mientras

que en el motor normal cada bobinado corresponde a una fase, en el motor

Dahlender, el bobinado de una fase esta dividida en dos partes iguales con una

toma intermedia. Según conectemos estas bobinas conseguiremos una

velocidad más lenta o más rápida, pues en realidad lo que conseguiremos es

variar el número de pares de polos del bobinado

Para conseguirla velocidad pequeña o lenta, conectaremos la línea a los

bornes marcados con la letra “P “o sea en los bornes correspondientes a la

conexión triángulo, dejando libres los otros. De esta manera el número de polos

es mayor y el número de revoluciones por minuto es más pequeño.

Para conseguir la velocidad rápida, conectaremos la línea a los bornes

marcados con la letra “M “y unimos entre si los marcados con la letra “P “. De

esta manera conseguimos un menor número de polos y aumentamos el

número de revoluciones.

El bobinado de esta conexión queda dividido en dos partes conectadas en

estrella y en paralelo entre si, formando una conexión en doble estrella.

 En la conexión Dahlender hemos de tener en cuenta lo siguiente:

- En la conexión triángulo - doble estrella permite el arranque estrella triángulo

en la velocidad lenta, así se consigue un arranque suave y se reduce la

corriente de arranque.

- Solamente lleva una tensión y corresponde a la de la línea.

 - Al pasar de la conexión triángulo a la de doble estrella se produce una

inversión del campo giratorio, por lo que el motor invertirá el sentido de giro,

para esto se debe preever la adecuada conexión en los elementos de

accionamiento del motor.

 - La relación de potencias entre la velocidad lente y la rápida es de 1: 5.

- La relación entre las velocidades en la conexión Dahlender es de 2: 1,

mientras que en el motor de dos velocidades independientes no existe esta

relación.

Las velocidades mas utilizadas en la conexión Dahlender son:

 Velocidad: 500 / 1000 750 / 1500 1500 / 3000

nº de polos: 12 / 6 8 / 4 4 / 2

5.- Maquinas trifásicas síncronas y asíncronas.

Motor síncrono

Esquema de un motor síncrono.

Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna. Su velocidad

de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica

a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo

conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los

parámetros mencionados es:

donde:

f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)

P: Número de pares de polos que tiene la máquina

p: Número de polos que tiene la máquina

n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

Por ejemplo, si se tiene una máquina de cuatro polos (2 pares de polos)

conectada a una red de 50 Hz, la máquina operará a 1.500 revoluciones por

minuto.

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los

motores síncronos debemos distinguir:

Los motores síncronos.

Los motores asíncronos sincronizados.

Los motores de imán permanente.

Los motores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la

velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores síncronos

se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una

velocidad constante. Arranque de un motor trifásico síncrono.

Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de motor:

Como un motor asíncrono.

Como un motor asíncrono, pero sincronizado.

Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque.

Como un motor asíncrono, usando un tipo de arrollamiento diferente:

llevará unos anillos rozantes que conectarán la rueda polar del motor

con el arrancador.

5.1.- Particularidades comunes.

Todas las maquinas eléctricas, sean de C.A monofásica o trifásica , sean de

C.C, necesitan para su funcionamiento como generador o como motor :

Un campo magnético inductor.

Un arrollamiento inducido.

El campo magnético común a todas las maquinas trifasicas es un campo

giratorio que puede generarse de distintas manera. Este campo gira siempre a

la velocidad sincrona de la maquina que depende del numero de pares de

polos de ésta y de la frecuencia de la corriente alterna.

En la tabla numérica 13 figuran los valores de la velocidad síncrona para una

frecuencia de 50 Hz y diversos números de pares de polos. Si la frecuencia es

de 60 Hz, estas cifras resultan un 20 % más elevadas.

 

Tabla Numérica 13

Velocidades síncronas a 50 Hz

Nº de Pares de

Polos p

Velocidad síncrona

nsrev / min.

Nº de Pares de Polos p Velocidad síncrona ns

rev / min.

1 3000 7 429

2 1500 8 375

3 1000 9 333

4 750 10 300

5 600 12 250

6 500 15 200

 

Todas las maquinas trifasicas tienen además en común el arrollamiento

trifásico estatórico. Esté está repartido simétricamente en tres ramas ( fases ),

cada una de las cuales va dispuesta en las ranuras que ha dicho efecto existen

en el paquete de chapas estatórico. Adoptando otra distribución para el

arrollamiento estatórico pueden obtenerse arrollamientos adecuados para

corriente alterna monofásica o bifásica.

5.2.- Forma constructiva y funcionamiento de una maquina síncrona

La maquina asíncrona es generalmente de polos interiores contrariamente a la

de corriente continua, el arrollamiento de excitación necesario para crear el

campo magnético situado en el rotor ( rueda polar ). En la figura 127 se ha

representado en corte una maquina síncrona tetrapolar con la disposición de

las líneas de fuerza del campo inductor. La máquina es excitada

independientemente por medio de una batería o de un generador de corriente

continua ( excitatriz ) acoplado al mismo eje. La tensión de excitación puede

escogerse libremente de modo que resulte un arrollamiento de fácil ejecución.

Al montar este arrollamiento sobre la rueda polar deben preverse soportes

especiales para cada bobina con objeto de contrarrestar de forma segura las

fuerzas centrifugas que aparecen en servicio.

Excitando una maquina síncrona con corriente continua y haciéndola girar

luego su rueda polar, se crea un campo rotatorio que induce en cada uno de

los tres arrollamientos estatóricos una tensión alterna. Estas tres tensiones

están desfasadas 120º entre si ; la maquina funciona como generador trifasico.

Si el estator está conectado a una red trifasica con carga, los arrollamientos del

mismo suministraran corriente a dicha red en cuanto actúe sobre la rueda polar

la fuerza de accionamiento necesario. El arrollamiento estatórico de la mayoría

de generadores existentes en las centrales eléctricas suele trabajar a tensiones

elevadas de hasta 10000 V.

Si la maquina síncrona recibe energía eléctrica de un red trifasica en vez de

energía mecánica en su rueda polar, aparece en esta ultima un efecto motor. El

motor síncrono puede accionar entonces cualquier máquina de trabajo

acoplada al eje de su rueda polar, conservando siempre un mismo numero de

revoluciones constante ( velocidad síncrona ). Esta condición es exigida en

muchos casos.

Fig. 127.- Campo inductor un generador Fig. 128.- Líneas de fuerza en una

maquina

síncrono tetrapolar trifásica con arrollamiento bipolar.

 

6.- Máquinas asíncronas.

Contrariamente a las máquinas síncronas empleadas normalmente como

generadores, las máquinas asíncronas han encontrado su principal aplicación

como motores, debido a la sencillez de su construcción . El motor asíncrono

trifásico es hoy el motor usual de accionamiento en todas las redes de

distribución.

6.1.- Generación del campo giratorio.

El campo magnético del motor asíncrono es también un campo giratorio. En el

caso de un motor trifásico está generado por las tres corrientes desfasadas que

circulan por el arrollamiento estatórico. La figura 128 representa la disposición

que adoptan las líneas de fuerza en un instante determinado para un

arrollamiento bipolar.

Para que se genere el campo giratorio es preciso que los arrollamientos estén

uniformemente repartidos en la periferia del estator, como lo están en el tiempo

( es decir, en el orden de sucesión ) las 3 corrientes de fase. En maquinas

bipolares el ángulo entre bobinas correspondientes de cada fase deberá ser,

por consiguiente, de 120º. Las 3 corrientes estatóricos del lugar entonces a 3

campos alternos, también desfasados 120º entre si, cuya resultante es un

campo magnético giratorio. La dirección que posee este campo en un momento

dado puede representarse por medio de una flecha. En la figura 129 se ha

indicado para diferentes instantes de tiempo.

 

 

Fig 129.- Posiciones del campo giratorio de una maquina trifásica bipolar

durante una revolución completa.

El sentido de las corrientes y la dirección del campo giratorio en una máquina

bipolar, que por razones de sencillez se ha supuesto provista únicamente de 6

ranuras. El tiempo correspondiente a cada posición puede deducirse a partir

del ángulo girado por el campo ( de 0 a 360º ), que figura en la cabecera de

cada esquema. Esta representación gráfica permite ver que el campo

resultante gira en el espacio en este caso en el sentido de las agujas de un

reloj ; así girará también el rotor de la maquina .

Permutando dos bornes de la red ( como se ha efectuado en la figura nº 130 )

se invierte el sentido de giro del campo. El rotor se movería entonces en

sentido contrario al de las agujas de un reloj.

Fig nº 130.- Inversión del sentido de giro del campo debida a la permutación de

dos fases.

6.2.- Funcionamiento del rotor.

El rotor del motor trifasico es atravesado por el campo giratorio engendrado en

el estator. El arrollamiento rotorico puede ejecutarse como el estatorico en

forma repartida, con las bobinas unidas en serie ( rotor bobinado o con anillos

rozantes) ; o también a base de barras ( rotor de jaula o en cortocircuito ).

Estas barras, de aluminio, están conectadas en paralelo y al mismo tiempo

puestas en cortocircuito por medio de dos aros estremos. Dichos aros suelen

fundirse conjuntamente con la aleación de aluminio que rellena lasa ranuras del

rotor.

En uno y otro caso queda el arrollamiento rotórico en cortocircuito una vez el

motor está en servicio. Igual que en el secundario de un transformador, en el

arrollamiento rotórico se induce también una f.e.m., la cual, por estar éste

cerrado sobre sí mismo, da lugar a la circulación de una corriente rotórica . La

acción conjunta del campo giratorio y del campo debido a la corriente rotorica

determina, como en todos los motores, un par de giro. Éste par arrastra al rotor

en el sentido de rotación del campo giratorio y le comunica una velocidad muy

próxima a la de sincronismo. Tanto en reposo como en el instante inicial del

arranque, el motor trifásico funciona igual que un transformador normal y

genera en el rotor la tensión rotórica de reposo, cuya magnitud depende

asimismo de la relación entre los números de espiras. En motores con rotor

bobinado puede medirse esta tensión en los anillos rozantes (con el

arrollamiento abierto). El valor de misma suele estar indicado en la placa de

características.

Una vez el motor puesto en marcha se induce en el rotor, además de la tensión

de reposo, una contratension producida por el movimiento de los conductores

rotoricos en el campo giratorio. Con el motor en servicio, la tensión rotorica

efectiva equivale pues solamente a la diferencia entre las dos anteriores.

Si el rotor llegase a girar a la velocidad de sincronismo es evidente que ambas

tensiones serían iguales (en magnitud), con lo cual la tensión rotórica efectiva

resultaría nula. En tal caso no circularía tampoco corriente alguna por el rotor y

desaparecería el par de giro. El motor trifásico funciona, pues, siempre algo

rezagado con respecto a la velocidad de sincronismo: se dice que desliza. La

diferencia entre esta última y la velocidad real del motor constituye la velocidad

relativa de éste con respecto al campo. Recibe el nombre de deslizamiento el

cociente de dividir la velocidad relativa por la de sincronismo; suele venir

expresado en tanto por ciento. El motor trifasico es, por consiguiente,

esencialmente asincrono. A medida que la carga aumenta y con ella la

corriente rotórica, va disminuyendo el numero de revoluciones. El deslizamiento

a plena carga de los motores trifásicos normales es del orden de 5 % para

potencias pequeñas y de 2-3 % para las mayores. La característica de servicio

del motor trifásico (fig. 131) es parecida a la del motor derivación de corriente

continua. Intercalando resistencias en el circuito rotórico es posible conseguir.

Fig. 131.- Característica de servicio del motor trifasico, con y sin resistencias en

el rotor.

una característica de más pronunciado descenso a efectos de regulación de la

velocidad, pero entonces se originan pérdidas más elevadas y el rendimiento

del motor baja.

 

6.3.- Arranque del motor trifásico. Corriente y par de arranque. Conexión

Estrella - Triángulo

Si el motor trifásico se conecta directamente a la red, sin intercalar resistencia

alguna en el circuito rotórico, circula por éste una corriente de arranque que es

prácticamente de cortocircuito.

En motores normales con rotor de jaula es del orden de 5 a 8 veces la

intensidad de corriente nominal. Intercalando resistencias en el arrollamiento

rotórico puede reducirse la corriente de arranque al valor que se desee. Esto se

logra, en motores con rotor bobinado, poniendo los anillos rozantes en contacto

con el arrancador (fig. 132). A pesar de la elevada corriente de arranque

absorbida por el rotor normal de jaula (que puede provocar grandes caídas de

tensión en las redes de distribución), el par de arranque desarrollado por el

mismo resulta muy bajo, ya que en dicho instante el factor de potencia rotórico

es también muy pequeño. En rotores bobinados puede mejorarse notablemente

el factor de potencia inicial gracias al arrancador, con lo cual se consigue un

par de arranque más elevado. Cuando la corriente de arranque no debe

exceder de un valor moderado (como se exige en las redes públicas), los

motores con rotor de jaula se arrancan mediante la conexión estrella - triángulo

(fig. 133). Para ello es preciso que el arrollamiento estatórico esté

dimensionado de forma que la conexión normal de servicio sea la conexión en

triángulo. Alimentando el motor con una red trifásica a 220/380 V, en cada fase

estatórica queda entonces aplicada una tensión de 380 V. En cambio, si

mediante el arrancador

Fig. 132 .- Esquema de un motor trifasico fig. 133 .- Conexión Estrella -

Triángulo mediante

con rotor de anillos rozantes y arrancador de carrera cilíndrica ( tambor)

resistencias de arranque.

se conectan primero las tres fases del estator en estrella, es evidente que el

motor queda capacitado para trabajar en una red cuya tensión compuesta fuera

de 660 V. Como de hecho sólo se le aplican 380 V, la corriente de arranque

absorbida viene a ser (en virtud de la reacción rotórica) solamente 1/3 de la que

tomaría conectado directamente a la red y con sus fases en triángulo.

Si suponemos, por ejemplo, que en este último caso la corriente de arranque

es 6 veces superior a la nominal, con la conexión en estrella se logra reducir

este factor a 2. Hay que tener presente, sin embargo, que el par de arranque

también disminuye en la misma proporción. Por consiguiente, sólo es posible

efectuar el arranque en vacío o a media carga, condición suficiente en la

mayoría de casos. Como el arrancador estrella - triángulo, a causa de sus

numerosos contactos, exige un entretenimiento periódico, se procurará

prescindir del mismo en aquellas instalaciones donde no existan tales

cuidados. Para subsanar este inconveniente se han ideado rotores de jaula

provistos de ranuras especiales, con los cuales se consigue un par de arranque

elevado

y una corriente de arranque relativamente pequeña aun en el caso de conectar

el motor directamente a la red.

6.4.- Rotor con anillos rozantes, rotor de jaula y rotor de efecto skin.

Características del par

Las características de arranque del motor con rotor bobinado o con rotor de

jaula sencilla se deducen de las curvas que dan la variación del par en función

de la velocidad (como las representadas en la figura 134 para un motor del

primer tipo). Cada una de estas curvas corresponde a una determinada

resistencia del circuito rotórico. Si no hay ninguna resistencia adicional (curva

R2 ), el par, relativamente pequeño en el instante del arranque, crece basta

alcanzar un valor máximo (par critico) y desciende luego casi en línea recta

hasta anularse. El par crítico, que se produce cuando el rotor gira

aproximadamente al 90 % de la velocidad síncrona, suele ser en motores

normales de 2 a 3 veces superior al par nominal. íntercalando resistencias

adicionales en el circuito rotórico por medio del arrancador, se obtienen las

curvas características designadas por 2 R 2-5 R2. Con ello se consigue

desplazar progresivamente el valor critico del par en el

fig. 134.- Curvas del par en función del nº de revoluciones para distintas

resistencias rotóricas, en un motor

trifasico con rotor de anillos rozantes

sentido de las velocidades decrecientes, hasta alcanzar el eje de ordenadas

(instante del arranque). El motor puede entonces arrancar con un par ele vado.

La resistencia adicional intercalada se va desconectando luego

escalonadamente por medio del arrancador. Estas resistencias escalonadas se

dimensionan de manera que el motor, conservando su elevado par inicial, se

vaya acelerando gradualmente. En motores con rotor de jaula sencilla no es

posible obtener un par de arranque elevado (curva R2 de la figura 134). El

elevado precio de los motores con rotor bobinado y el entretenimiento que

exigen los contactos de los anillos rozantes limitan el empleo de aquéllos a

casos especiales (por ejemplo, en dispositivos de elevación, que requieren un

arranque bajo carga).

Ningún motor trifásico puede sobrepasar el par crítico de su característica de

servicio. Si se obliga al motor a suministrar un par superior al critico, el rotor se

para; como se dice vulgarmente, el motor " se cala ". Por este motivo las

prescripciones VDE fijan para motores normales los valores mínimos del par

critico: 1,6 veces el par nominal si el servicio es permanente, y 2 veces dicho

Fig. 135.- Diferentes disposiciones constructivas para ranuras rotóricas.

par si el servicio es intermitente. El par normal de servicio de un motor trifásico

oscila por tanto entre el 35 y el 50% de su par critico.

Como ya se ha indicado al final del apartado anterior, han sido ideados rotores

en cortocircuito con una ejecución especial de las ranuras que permite alcanzar

elevados pares de arranque. En todos ellos se hace aplicación del efecto

pelicular (skin), y por tal motivo se designan con el nombre rotores de efecto

skin. Éstos pueden ser de varios tipos. El llamado de doble jaula se compone

de dos jaulas independientes cuyas barras respectivas, unidas en paralelo, van

alojadas en dos ranuras especiales superpuestas y separadas por una angosta

rendija. La forma de estas ranuras es muy diversa. En la figura 135 c - g se han

reproducido las ejecuciones constructivas más frecuentemente empleadas.

El objeto perseguido en todas es que la corriente se distribuya desigualmente

entre las barras de la superior y las de la jaula inferior. Las barras superiores o

inferiores pueden unirse eléctricamente una vez montadas, pero generalmente

se funde la doble jaula entera de aluminio, con los aros de cortocircuito, en

moldes especiales. A causa de su exigua tensión no es necesario aislar las del

rotor. El rotor de corrientes parásitas lleva las barras alojadas en ranuras

relativamente estrechas y profundas ( fig. 135, a - b ).

El funcionamiento del rotor de doble jaula radica en la diferente reactancia de la

jaula superior y de la inferior. En el momento del arranque las frecuencias del

rotor y del estator son iguales, exactamente como en el primario y el

secundario de un transformador. Debido al tipo y configuración de las ranuras,

las barras rotóricas pueden considerarse representadas por una conexión

pueden considerarse representada por una conexión en serie de

Fig.136.- Desplazamiento de corriente ( efecto skin ) en el rotor de doble jaula.

resistencias óhmicas y reactancias. La reactancia de las barras inferiores es

relativamente mayor que la de las barras superiores, ya que el número de

líneas de fuerza abrazado por las primeras es también más grande (fig. 136 a ).

Durante el arranque, por consiguiente, la mayor parte de la corriente rotórica

circula por la jaula superior, como si fuera empujada hacia arriba. Por ser las

barras superiores de sección muy reducida, el efecto es el mismo que si se

hubiera intercalado una resistencia de arranque.

Fig. 137.- Curvas del par de la corriente de arranque en un motor con escaso

efecto skin

( conexión en estrella triángulo ) .

A medida que el motor se acelera va disminuyendo el deslizamiento, que una

vez alcanzado el régimen de servicio es del orden del 5 %. Con ello disminuye

también la frecuencia rotórica hasta valores de sólo 1-2 Hz. La reactancia de

las barras inferiores desciende entonces a un valor muy bajo ( ya que, como

sabemos, es proporcional a la frecuencia ) y la corriente puede circular también

por ellas, que son de gran sección (fig. 136 b). La resistencia del circuito

rotórico, casi puramente óhmica, es ahora muy pequeña.

Ejecutando las ranuras del rotor de distintas formas se obtienen también

diferentes pares de arranque. En las figuras 137 a 139 se han representado las

Fig. 138.- Curvas del par y de la corriente de Fig. 139.- Curvas del par y de la

corriente de

arranque en un rotor de corriente parásitas. de arranque en un rotor de doble

jaula ( conexión

en estrella y triángulo ).

características del par y de la corriente en función de la velocidad para varios

casos, que corresponden respectivamente a ranuras diseñadas según los tipos

a, b, e de la figura 135. Se observa que el primero y tercero de estos tipos son

también adecuados para el arranque con conexión estrella - triángulo ( par y

corriente de arranque reducidos ).