Motores en general

MOTORES DE CORRIENTE DIRECTALOS MOTORES DE COORRIENTE DIRECTA SON MAQUINAS DC UTILIZADAS COMO MOTORES. HUBO VARIAS RAZONES PARA LA POULARIDAD PROLONGADA DE LOS MOTORES DC. UNA FUE QUE LOS SISTEMAS DE POTENCIA DC SON COMUNES AUN EN LOS AUTOMOVILES, CAMIONES Y AVIONES.LOS MOTORES DC SE COMPARAN FRECUENTEMENTE POR SUS REGULACIONES DE VELOCIDAD.LOS MOTORES DC SON, CLARO ESTA, ACCIONADOS POR UNA FUENTE DE POTENCIA DC. AMENOS QUE SE ESPECIFIQUE OTRA COSA, SE SUPONE QUE EL VOLTAJE DE ENTRADA ES CONSTANTE, PUESTO QUE ESTA SUPOSICION SIMPLIFICA EL ANALISIS DE LOS MOTORES Y LA COMPARACION ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE ELLOS.HAY 5 CLASES PRINCIPALES DE MOTORES DC DE USO GENERAL:EL MOTOR DC DE EXCITACION SEPARADA.EL MOTOR DC CON EXCITACION EN DERIVACION.EL MOTOR DC DE IMAN PERMANENTE EL MOTOR DC SERIE.EL MOTOR COMPUESTO.

MOTOR EN DERIVACION

UN MOTOR DC EN DERIVACION ES AQUEL CUYO CIRCUITO DE CAMPO SE OBTIENE SU POTENCIA DIRECTAMENTE DE LAS TERMINALES DEL INDUCIDO DEL MOTOR. SE SUPONE QUE EL VOLTAJE DE ALIMENTACION AL MOTOR ES CONSTANTE.UNA CARACTERISTICA DE LAS TERMINALES DE UNA MAQUINA ES UNA GRAFICA DE LAS CANTIDADES DE SALIDA SON EL PAR AL EJE Y LA VELOCIDAD; POR TANTO, SU CARACTERISTICA DE LOS TERMINALES ES UNA GRAFICA DEL PAR CONTRA LA VELOCIDAD EN SU SALIDA.ES IMPORTANTE TENER EN CUENTA QUE, PARA UNA VARIACION LINEAL DE LA VELOCIDAD DEL MOTOR CON RESPECTO AL PAR, LOS OTROS TERMINOS DE ESTA EXPRESION DEBEN PERMANECER CONSTANTES CUANDO CAMBIA LA CARGA.SE SUPONE QUE EL VOLTAJE EN LAS TERMINALES, SUMINISTRADO POR LA FUENTE DE POTENCIA DC, ES CONSTANTE, LAS VARIACIONES DE VOLTAJE AFECTARAN LA FORMA DE LA CURVA PAR-VELOCIDAD.LA REACCION DEL INDUCIDO ES OTRO EFECTO INTERNO DEL MOTOR QUE TAMBIEN PUEDE AFECTAR LA FORMA DE LA CURVA PAR-VELOCIDAD. SI UN MOTOR PRESENTA REACCION DEL INDUCIDO, EL EFECTO DE DEBILITAMIENTO DEL FLUJO REDUCE EL FLUJO EN LA MAQUINA A MEDIDA QUE AUMENTA LA CARGA.SI UN MOTOR TIENE DEVANADOS DE COMPENSACION, ES CLARO QUE NO SE PRESENTARAN LOS PROBLEMAS DE DEBILITAMIENTO DEL FLUJO DE LA MAQUINA, Y ESTE SERA CONSTANTE.SI UN MOTOR DC EN DERIVACION TIENE DEVANADOS DE COMPENSACION TAL QUE SU FLUJO ES CONSTANTE, INDEPENDIENTEMENTE DE LA CARGA, Y SE CONOCEN LA VELOCIDAD Y LA CORRIENTE DEL INDUCIDO DEL MOTOR PARA CUALQUIER VALOR DE LA CARGA, ES POSIBLE CALCULAR SU VELOCIDAD PARA CUALQUIER OTRO VALOR DE ESTA, MIENTRAS QUE SE CONOZCA O PUEDA DETERMINARSE LA CORRIENTE DEL INDUCIDO.CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES DC EN DERIVACION ¿COMO SE PUEDE CONTROLAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC EN DERIVACION?

EXISTEN 2 METODOS COMUNES Y OTRO MENOS COMUN. LAS 2 FORMAS COMUNES UTILIZADAS PARA CONTROLAR LA VELOCIDAD DE UNA MAQUINA DC EN DERIVACION SON:AJUSTANDO LA RESISTENCIA DE CAMPO RF (Y, POR TANTO, EL FLUJO DEL CAMPO).AJUSTANDO EL VOLTAJE EN LAS TERMINALES, APLICADO AL INDUCIDO. EL METODO MENOS COMUN DE CONTROL DE LA VELOCIDAD ESINSERTANDO UNA RESISTENCIA EN SERIE CON EL CIRCUITO DEL INDUCIDO.MOTOR DC SERIE

UN MOTOR DC SERIE ES UN MOTOR CUYO DEVANADO DE CAMPO RELATIVAMENTE CONSTA DE UNAS POCAS VUELTAS CONECTADAS EN SERIE CON EL CIRCUITO DEL INDUCIDO. EN UN MOTOR DC SERIE, LA CORRIENTE DEL INDUCIDO, LA CORRIENTE DE CAMPO Y LA CORRIENTE DE LINEA SON IGUALES.

PAR INDUCIDO EN UN MOTOR DC SERIE

LA CARACTERISTICA EN TERMINALES DE UN MOTOR DC SERIE ES MUY DIFERENTE DE LA DEL MOTOR DC EN DERIVACION ESTUDIADO ANTERIORMENTE. EL COMPORTAMIENTO BASICO DE UN MOTOR BASICO DE UN MOTOR DC SERIE SE DEBE AL HECHO DE QUE EL FLUJO ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA CORRIENTE DEL INDUCIDO AL MENOS HASTA LLEGAR A LA SATURACION. CUANDO SE INCREMENTA LA CARGA DEL MOTOR, TAMBIEN AUMENTA SU FLUJO. COMO SE ESTUDIO AL PRINCIPIO, UN AUMENTO DE FLUJO EN EL MOTOR OCASIONA UNA DISMINUCION EN SU VELOCIDAD; EL RESULTADO ES UNA CAIDA DRASTICA EN LA CARCTERISTICA DE PAR-VELOCIDAD DE UN MOTOR EN SERIE. ES FACIL OBSERVAR QUE UN MOTOR SERIE MAS PAR POR AMPERIO QUE CUALQUIER OTRO MOTOR DC.EL MOTOR SERIE SE UTILIZA EN APLICACIONES QUE REQUIEREN PARES MUY ALTOS. EJEMPLOS DE TALES APLICACIONES SON LOS MOTORES DE ARRANQUE EN VEHICULOS AUTOMOTORES, MOTORES DE ELEVADORES Y MOTORES DE TRACCION EN LOCOMOTORAS.

CARACTERISTICA EN LAS TERMINALES DE UN MOTOR DC SERIE

PARA DETERMINAR LA CARACTERISTICA EN LAS TERMINALES DE UN MOTOR DC SERIE, EL ANALISIS SE BASARA EN LA PREMISA DE QUE LA CURVA DE MAGNETIZACION ES LINEAL, Y LUEGO SE CONSIDERARAN LOS EFECTOS DE LA SATURACION EN UN ANALISIS GRAFICO. CUANDO EL PAR DE ESTE MOTOR TIENDE A CERO, SU VELOCIDAD TIENDE A INFINITO.EN LA PRACTICA EL PAR NUNCA PUEDE LLEGAR A CERO DEBIDO A QUE ES NECESARIO CONTRARRESTAR LAS PERDIDAS MECANICAS, EN EL NUCLEO Y MISCELANEAS.SIN EMBARGO, SI NO SE CONECTA OTRA CARGA AL MOTOR, ESTE PUEDE GIRAR CON DEMASIADA RAPIDEZ Y PRODUCIR UN DAÑO SEVERO. NUNCA DESCARGUE POR COMPLETO UN MOTOR SERIE NI CONECTE UNO DE ELLOS A UNA CARGA MEDIANTE UNA CORREA U OTRO MECANISMO QUE PUDIERA

ROMPERSE. SI OCURRIERA ESO Y EL MOTOR LLEGASE A QUEDAR SIN CARGA MIENTRAS ESTA GIRANDO, EL RESULTADO PODRIA SER GARVE.

CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DC SERIE

A DIFERENCIA DEL MOTOR DC EN DERIVACION, HAY SOLO UNA FORMA EFICIENTE DE VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC SERIE: CAMBIAR EL VOLTAJE EN LAS TERMINALES DEL MOTOR.LA VELOCIDAD DE LOS MOTORES DC SERIE PUEDE SER CONTROLADA TAMBIEN INSERTANDO UNA RESISTENCIA EN SERIE EN EL CIRCUITO DEL MOTOR, PERO ESTA TECNICA DESPILFARRA POTENCIA Y SOLO SE UTILIZA EN PERIODOS INTERMITENTES DURANTE EL ARRANQUE DE ALGUNOS MOTORES.

MOTOR COMPUESTO ( MOTOR COMPOUND)

UN MOTOR DC COMPUESTO ES AQUEL QUE TIENE CAMPO ENDERIVACION Y CAMPO EN SERIE. EN TAL MOTOR SE MARCAN EN LAS 2 BOBINAS DE CAMPO TIENEN EL MISMO SIGNIFICADO QUE LOS MARCADOS EN UN TRASNFORMADOR: LA CORRIENTE QUE FLUYE HACIA DENTRO, POR EL PUNTO, PRODUCE UNA FUERZA MAGNETOMOTRIZ POSITIVA. SI LA CORRIENTE FLUYE HACIA DENTRO POR LOS PUNTOS MARCADOS EN LAS 2 BOBINAS DE CAMPO, LAS FUERZAS MAGNETOMOTRICES RESULTANTES SE SUMAN PARA PRODUCIR UNA FUERZA MAGNETOMOTRIZ TOTAL MAYOR. ESTA SITUACION SE CONOCE COMO COMPOSICION ACUMULATIVA. SI LA CORRIENTE DE UNA BOBINA DE CAMPO FLUYE HACIA DENTRO POR EL PUNTO, MIENTRAS QUE LA CORRIENTE DE LA OTRA BOBINA DE CAMPO SALE POR EL PUNTO, LAS FUERZAS MAGNETOMOTRICES SE RESTAN. LOS PUNTOS REDONDOS CORRESPONDEN A LA COMPOSICION ACUMULATIVA DEL MOTOR Y LOS CUADRADOS, A LA COMPOSICION DIFERENCIAL.

CARACTERISTICA PAR-VELOCIDAD DE UN MOTOR DC COMPUESTO ACUMULATIVO

EN EL MOTOR DC COMPUESTO ACUMULATIVO HAY UNA COMPONENTE DE FLUJO QUE ES CONSTANTE Y OTRA COMPONENTE QUE ES PROPORCIONAL A LA CORRIENTE DEL INDUCIDO ( Y, POR TANTO, SU CARGA). POR CONSIGUIENTE, EL MOTOR ACUMULATIVO TIENE UN PAR DE ARRANQUE MAYOR QUE UN MOTOR EN DERIVACION( CUYO FLUJO ES CONSTANTE), PERO MENOR PAR DE ARRANQUE QUE UN MOTOR SERIE ( CUYO FLUJO TOTAL ES PROPORCIONAL A LA CORRIENTE DEL INDUCIDO).CARCTERISTICA PAR-VELOCIDAD DE UN MOTOR DC COMPUESTO DIFERENCIAL

EN UN MOTOR DC COMPUESTO DIFERENCIAL, LAS FUERZAS MAGNETOMOTRICES DEL CAMPO EN DERIVACION Y DEL CAMPO SERIE SE RESTAN UNA DE OTRA. ESTO SIGNIFICA QUE CUANDO LA CARGA AUMENTA

EN EL MOTOR IA SE INCREMENTA Y EL FLUJO EN EL MOTOR DISMINUYE, LA VELOCIDAD DEL MOTOR AUMENTA. ESTE AUMENTO DE VELOCIDAD CAUSA OTRO INCREMENTO EN LA CARGA, EL CUAL ELEVA MAS A IA DISMINUYE MAS EL FLUJO E INCREMENTA DE NUEVO LA VELOCIDAD. COMO RESULTADO DE ESTO, EL MOTOR COMPUESTO DIFERENCIAL ES INESTABLE Y TIENDE A EMABALARSE. ESTA INESTABILIDAD ES PEOR QUE LA DE UN MOTOR EN DERIVACION CON REACCION DEL INDUCIDO. ES TAN MALA QUE UN MOTOR COMPUESTO DIFERENCIAL ES INADECUADO PARA CUALQUIER APLICACION.

CONTROL DE VELOCIDAD EN EL MOTOR DC COMPUESTO ACUMULATIVO

LAS TECNICAS DISPONIBLES PARA CONTROLAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC COMPUESTO ACUMULATIVO SON IGUALES A LAS EMPLEADAS EN EL MOTOR EN DERIVACION:CAMBIO DE LA RESISTENCIA DE CAMPO RF.CAMBIO DEL VOLTAJE DEL INDUCIDO VA.CAMBIO DE LA RESISTENCIA DEL INDUCIDO RA.

LOS ARGUMENTOS QUE DESCRIBEN LOS EFECTOS DEL CAMBIO EN RF O EN VA SON MUY SIMILARES A LOS EXPUESTOS ANTERIORMENTE PARA EL MOTOR EN DERIVACION.EN TEORIA, EL MOTOR DC COMPUESTO DIFERENCIAL PODRIA SER CONTROLADO DE MANERA SEMEJANTE, PERO ESTO POCO IMPORTA, PUESTO QUE EL MOTOR COMPUESTO DIFERENCIAL CASI NUNCA SE UTILIZA.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

LAS MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA (AC), SON LOS MOTORES QUE CONVIERTEN ENERGIA ELECTRICA AC EN ENERGIA MECANICA. AUNQUE LOS PRINCIPIOS FUNADMENTALES DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA SON MUY SIMPLES, PARECEN UN TANTO DIFICILES POR LA CONSTRUCCION COMPLICADA DE LAS MAQUINAS REALES.EXISTEN DOS CALSES DE MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA: LAS MAQUINAS SINCRONICAS Y LAS MAQUINAS DE INDUCCION. LAS MAQUINAS SINCRONICAS SON MOTORES Y GENERADORES CUYA CORRIENTE DE CAMPO MAGNETICO ES SUMINISTRADA POR UNA FUENTE DC SEPARADA, MIENTRAS QUE LAS MAQUINAS DE INDUCCION SON MOTORES Y GENERADORES CUYA CORRIENTE DE CAMPO MAGNETICO ES SUMINISTRADA POR INDUCCION MAGNETICA (ACCION TRANSFORMADORA) EN SUS DEVANADOS DE CAMPO. LOS CIRCUITOS DE CAMPO DE LA MAYORIA DE LAS MAQUINAS SINCRONICAS Y DE INDUCCION ESTAN LOCALIZADOS EN SUS ROTORES.

MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION

OTRO MOTOR MONOFASICO COMUN ES LA VERSION MONOFASICA DEL MOTOR DE INDUCCION. LOS MOTORES MONOFASICOS DE INDUCCION EXPERIMENTAN UNA GRAVE DESVENTAJA. PUESTO QUE SOLO HAY UNA FASE EN EL DEVANADO DEL ESTATOR, EL CAMPO MAGNETICO EN UN MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION NO ROTA . EN SU LUGAR PRIMERO PULSA CON GRAN INTENSIDAD, LUEGO CON MENOS INTENSIDAD, PERO PERMANECE SIEMPRE EN LA MISMA DIRECCION. PUESTO QUE NO HAY CAMPO MAGNETICO ROTACIONAL EN EL ESTATOR, UN MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION NO TIENE PAR DE ARRANQUE.LOS MOTORES DE INDUCCION MONOFASICOS PUEDEN SER CLASIFICADOS DE MEJOR A PEOR, EN TERMINOS DE SUS CARACTERISTICAS DE ARRANQUE Y DE OPERACION.MOTOR DE CAPACITOR DE ARRANQUE-CAPACITOR DE MARCHAMOTOR DE ARRANQUE POR CAPACITORMOTOR CON CAPACITOR DIVIDIDO PERMANENTEMOTOR DE FASE PARTIDAMOTOR DE POLO SOMBREADOEL MEJOR MOTOR ES TAMBIEN EL MAS COSTOSO Y EL PEOR MOTOR ES EL MENOS COSTOSO. ASI MISMO, NO TODAS LAS TECNICAS DE ARRANQUE ESTAN DISPONIBLES EN TODOS LOS RANGOS DE TAMAÑOS DEL MOTOR.QUEDA A DISCRECION DEL INGENIERO DISEÑADOR SELECCIONAR EL MOTOR DISPONIBLE MAS ECONOMICO PARA UNA APLICACION DADA.

ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCION MONOFASICOS

UN MOTOR DE INDUCCION MONOFASICO NO TIENE PAR DE ARRANQUE INTRINSECO.EXISTEN 3 TECNICAS PARA ARRANCAR ESTOS MOTORES MONOFASICOS DE INDUCCION, QUE SE CALSIFICAN DE ACUERDO CON LOS METODOS UTILIZADOS PARA PRODUCIR SU PAR DE ARRANQUE. ESTAS TECNICAS DE ARRANQUE DIFIEREN EN EL COSTO Y EN LA CANTIDAD DE PAR PRODUCID; UN INGENIERO UTILIZA LA TECNICA MENOS COSTOSA QUE CUMPLA LOS REQUERIMIENTOS DE PAR EN UNA APLICACION DADA. LAS 3 PRINCIPALES TECNICAS SON:

DEVANADOS DE FASE PARTIDADEVANADOS CON CAPACITORPOLOS ESTATORICOS SOMBREADOSESTAS 3 TECNICAS DE ARRANQUE SON METODOS PARA LOGRAR QUE UNO DE LOS DOS CAMPOS MAGNETICOS GIRATORIOS SEA MAS FUERTE QUE EL OTRO EN EL MOTOR Y, EN CONSECUENCIA, DAR A ESTE UN APOYO INICIAL EN UNA U OTRA DIRECCION.

CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES DE INDUCCION MONOFASICOS

LA VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCION MONOFASICOS SE PUEDE CONTROLAR DE LA MISMA MANERA QUE EN LOS MOTORES DE INDUCCION

POLIFASICOS. PARA MOTORES DE ROTOR DE JAULA DE ARDILLA, ESTAN DISPONIBLES LAS SIGUIENTES TECNICAS:

VARIACION DE LA FRECUENCIA ESTATORICA.CAMBIO DEL NUMERO DE POLOS CAMBIO DEL VOLTAJE APLICADO A LAS TERMINALES VT. MOTOR DE FASE PARTIDA

UN MOTOR DE FASE PARTIDA ES UN MOTOR DE INDUCCION MONOFASICO DE DOS DEVANADOS ESTATORICOS, UNO PRINCIPAL Y OTRO AUXILIAR. ESTOS DOS DEVANADOS ESTAN SEPARADOS 90 ELECTRICOS SOBRE EL ESTATOR DEL MOTOR; EL DEVANADO AUXILIAR ESTA DISEÑADO PARA SER DESCONECTADO DEL CIRCUITO, A CIERTA VELOCIDAD DADA, MEDIANTE UN INTERRUPTOR CENTRIFUGO.

MOTORES CON ARRANQUE POR CAPACITOR

EN ALGUNAS APLICACIONES, EL PAR DE ARRANQUE ES INSUFICIENTE PARA ARRANCAR UNA CARGA SOBRE EL EJE DEL MOTOR. EN ESOS CASOS SE PUEDEN UTILIZAR MOTORES CON ARRANQUE POR CAPACITOR. EN UN MOTOR CON ARRANQUE POR CAPACITOR , SE DISPONE DE UN CAPACITOR EN SERIE CON EL DEVANADO AUXILIAR DEL MOTOR.

MOTORES DE CAPACITOR PERMANENTE DIVIDIDO Y MOTORES DE CAPACITOR DE ARRANQUE-CAPACITOR DE MARCHA.

EL CAPACITOR DE ARRANQUE MEJORA TANTO LA CARACTERISTICA PAR-VELOCIDAD DE UN MOTOR DE INDUCCION QUE ALGUNAS VECES SE INCORPORA UN PEQUEÑO CAPACITOR EN EL DEVANADO AUXILIAR DEL MOTOR. SI SE ESCOGE ADECUADAMENTE EL VALOR DEL CAPACITOR, TAL MOTOR TENDRA UN CAMPO MAGNETICO ROTACIONAL UNIFORME PARA ALGUNA CARGA ESPECIFICA Y SE COMPORTARA COMO UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION EN ESE PUNTO. TAL DISEÑO SE LLAMA MOTOR DE CAPACITOR DIVIDIDO PERMANENTE O MOTOR DE CAPACITOR DE ARRANQUE Y DE MARCHA. LOS MOTORES DE CAPACITOR DIVIDIDO PERMANENTE SON MAS SENCILLOS QUE LOS MOTORES DE ARRANQUE POR CAPACITOR PUESTO QUE NO REQUIEREN INTERRUPTOR DE ARRANQUE. PARA CARGAS NORMALES SON MAS EFICIENTES Y TIENEN UN FACTOR DE POTENCIA MAS ALTO Y PAR MAS SUAVE QUE LOS MOTORES DE INDUCCION MONOFASICOS CORRIENTES.

MOTORES DE POLOS SOMBREADOS

UN MOTOR DE INDUCCION DE POLOS SOMBREADOS ES AQUEL QUE SOLO TIENE EL DEVANADO PRINCIPAL. EN LUGAR DE TENER DEVANADO AUXILIAR, TIENE POLOS SALIENTES, Y UNA PARTE DE CADA POLO ESTA EN VUELTA POR UNA BOBINA CORTOCIRCUITADA LLAMAD BOBINA DE SOMBREO.

MOTOR JAULA DE ARDILLA

EN TODO MOTOR ELÉCTRICO PODEMOS DISTINGUIR DOS PARTES: ROTOR Y ESTATOR. EL ROTOR ESTÁ FIJADO A UN EJE ( VER FIGURA 1.1), E INTRODUCIDO DENTRO DEL ESTATOR MEDIANTE RODAMIENTOS, DE FORMA QUE PUEDE GIRAR LIBREMENTE.  

FIGURA 1.1: CONSTITUCIÓN DEL MOTOR DE JAULA DE ARDILLA   EL ROTOR SE CONSTRUYE CON BARRAS CORTOCIRCUITADAS ELÉCTRICAMENTE POR MEDIO DE ANILLOS EN LOS EXTREMOS FORMANDO LA DENOMINADA JAULA DE ARDILLA ( VER FIGURA 1.2 ). CUANDO EL MOTOR SE CONECTA A UNA FUENTE DE SUMINISTRO TRIFÁSICA, EL ESTATOR INDUCE UNAS CORRIENTES EN LAS BARRAS DEL ROTOR. LA INTERACCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO GENERADO ENTRE EL ROTOR Y EL ESTATOR ORIGINA EL PAR Y POR TANTO LA ROTACIÓN DEL ROTOR.   AL FINAL DEL EJE DEL ROTOR SE FIJA UN VENTILADOR, ENCARGADO DE REFRIGERAR EL INTERIOR DEL MOTOR CUANDO ESTE ESTÁ GIRANDO.  

FIG 1.2: CONSTITUCIÓN DEL ROTOREL ESTATOR SE CONSTRUYE CON ACERO PERFORADO Y MONTADO COMO UN CILINDRO HUECO, LA PARTE INTERIOR ES UN ARMAZÓN DE HIERRO FUNDIDO O ALUMINIO (VER FIGURA 1.3). UNAS BOBINAS DISTRIBUIDAS EN TRES FASES SE DISTRIBUYEN EN LAS RANURAS DEL INTERIOR DE LA CIRCUNFERENCIA. CADA UNA DE LAS TRES BOBINAS DEL ESTATOR TIENEN DOS MITADES, COLOCADAS EN POSICIONES DIAGONALMENTE OPUESTAS RESPECTO AL ESTATOR. LAS BOBINAS ESTÉN DESFASADAS 120º ENTRE SÍ, (ESTAS BOBINAS ESTÁN REPRESENTADAS EN LA FIGURA 1.4). EL SENTIDO DE ARROLLAMIENTO DE LAS BOBINAS ES TAL QUE, CUANDO LA CORRIENTE PASA A TRAVÉS DE ELLAS, SE INDUCE UN CAMPO MAGNÉTICO A TRAVÉS DEL ROTOR. EN ESTE CASO, CADA BOBINA TIENE DOS POLOS, CON LO QUE EL MOTOR SERÁ BIPOLAR.  

FIGURA 1.3: ESTATOR DE DOS POLOS  

FIGURA 1.4: CABLEADO DE UN ESTATOR DE DOS POLOS LAS BOBINAS EN UN ESTATOR DE DOS POLOS SE MUESTRAN EN LA FIGURA 1.4. CUANDO TRES BOBINAS SE CONECTAN A UNA ALIMENTACIÓN TRIFÁSICA YA SEA EN CONFIGURACIÓN ESTRELLA O TRIÁNGULO, CREAN UN CAMPO MAGNÉTICO QUE PRODUCE LA ROTACIÓN. LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL CAMPO ESTÁ DIRECTAMENTE RELACIONADA CON LA FRECUENCIA DE LA ALIMENTACIÓN. ASÍ, UNA ALIMENTACIÓN DE 50HZ CREA UN CAMPO DE ROTACIÓN DE 50 REV./SEGUNDO, ES DECIR, 3000 R.P.M ( FIGURA 1.5.)   EN EL ESTATOR DIBUJADO EN LA FIGURA 1.6, CADA BOBINA TIENE CUATRO SECCIONES, DESFASADAS 90º ENTRE SÍ. CUANDO LA CORRIENTE PASA POR CADA UNA DE LAS BOBINAS, EN EL ESTATOR SE CREAN DOS CAMPOS MAGNÉTICOS ,CON LO QUE CADA BOBINA TIENE CUATRO POLOS Y EL MOTOR SE DENOMINA TETRAPOLAR. SI OBSERVAMOS LA FIGURA 1.6, CUANDO LAS BOBINAS SE CONECTAN A UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN TRIFÁSICA, EL CAMPO MAGNÉTICO GIRA A LA MITAD DE LA FRECUENCIA DE SUMINISTRO. POR LO TANTO PARA UN SUMINISTRO DE 50HZ LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL CAMPO SERÁ DE 25 REV./SEGUNDO O LO QUE ES LO MISMO 1500 R.P.M.   DE LA MISMA FORMA, EL CAMPO EN UN ESTATOR DE 6 POLOS GIRA A UN TERCIO DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN , ( 1000 R.P.M. A 50HZ ) Y PARA UN ESTATOR DE 8

POLOS EL CAMPO GIRA A UN CUARTO DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN ( 750 R.P.M. A 50HZ ).

FIGURA 1.5: GENERACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO ROTATORIO EN UN MOTOR DE DOS POLOS 

FIG 1.6: GENERACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO EN UN ESTÁTOR TETRAPOLAR  CUANDO APLICAMOS TENSIÓN EN BORNES DEL MOTOR, EL CAMPO MAGNÉTICO ROTATIVO GENERADO POR LAS BOBINAS DEL ESTATOR CORTA EL ROTOR, GENERANDO CORRIENTES INDUCIDAS EN SUS BARRAS (FIGURA 1.7A).   LA FRECUENCIA DE LA CORRIENTE DEL ROTOR ES PROPORCIONAL A LA DIFERENCIA ENTRE LA VELOCIDAD DEL ROTOR Y EL CAMPO MAGNÉTICO GENERADO POR EL ESTATOR, Y SE DENOMINA FRECUENCIA DE DESLIZAMIENTO. LA CORRIENTE DEL ROTOR INDUCE UN CAMPO MAGNÉTICO EN EL ROTOR QUE GIRA A LA MISMA VELOCIDAD QUE EL CAMPO DEL ESTATOR, SIENDO LA INTERACCIÓN ENTRE AMBOS CAMPOS LA QUE PRODUCE UN PAR DE GIRO EN EL ROTOR (FIGURA 1.7B)  

  FIGURA 1.7: CORRIENTES INDUCIDAS EN EL ROTOR   CUANDO SE INCREMENTA LA VELOCIDAD DEL MOTOR, LA DIFERENCIA ENTRE LA VELOCIDAD DEL CAMPO EN EL ESTATOR Y LAS BARRAS DEL ROTOR ES MENOR, LO QUE REDUCE EL CAMPO ROTÓRICO, Y EN CONSECUENCIA EL PAR DISMINUYE. CUANDO SE ALCANZA LA VELOCIDAD DEL CAMPO DEL ESTATOR NO HAY CAMPO INDUCIDO EN EL ROTOR Y EL PAR GENERADO ES CERO. ESTAMOS EN LA LLAMADA VELOCIDAD DE SINCRONISMO DEL MOTOR. EN LA FIGURA 1.8 APARECEN LAS DIFERENTES VELOCIDADES DE SINCRONISMO DE ACUERDO CON EL NÚMERO DE POLOS DEL ESTATOR PARA UNA FRECUENCIA DE SUMINISTRO DE 50HZ.  

FIGURA 1.8: VELOCIDAD DE SINCRONISMO SEGÚN EL NÚMERO DE POLOS   CUANDO AUMENTA EL PAR DE LA CARGA , LA VELOCIDAD DEL ROTOR DECRECE CON LO QUE AUMENTA EL DESLIZAMIENTO. ESTO PROVOCA QUE EL FLUJO DEL ESTÁTOR CORTE LAS BARRAS DEL ROTOR A MAYOR VELOCIDAD, CON LO QUE SE INCREMENTA LA CORRIENTE EN EL ROTOR Y EL PAR. SIN EMBARGO, CON EL INCREMENTO DE LA CORRIENTE DEL MOTOR SE PRODUCE UNA CAÍDA DE TENSIÓN SUPLEMENTARIA EN LA BOBINAS DEL ESTATOR , LA CUAL PROVOCARÁ UN DEBILITAMIENTO DEL CAMPO EN EL ESTATOR.   EN LA FIGURA 1.9 SE MUESTRA UNA CURVA TÍPICA DE PAR /VELOCIDAD CUANDO EL MOTOR ES EXCITADO CON UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN TRIFASICA.  

FIGURA 1.9: CURVA PAR-VELOCIDAD DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN

FIGURA 1.10: CURVA CORRIENTE DE LÍNEA-VELOCIDADCON DESLIZAMIENTOS ALTOS, LA VELOCIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO QUE CORTA EL ROTOR AUMENTA, ASÍ COMO LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR ÉL. ESTO SE VE

REFLEJADO EN UN AUMENTO EN LA CORRIENTE DEL ESTATOR. COMO EN EL INSTANTE INICIAL EL ROTOR ESTÁ INMÓVIL Y ALIMENTADO CON UNA FRECUENCIA DE SUMINISTRO DE 50HZ , LA CORRIENTE EN EL ESTATOR PUEDE ALCANZAR ENTRE 6 Y 10 VECES LA CORRIENTE NOMINAL A PLENA CARGA. EN LA FIGURA 1.10 SE MUESTRA LA CURVA TÍPICA DE CORRIENTE Y VELOCIDAD EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA.   INCLUSO CUANDO EL MOTOR ESTÁ SIN CARGA Y GIRANDO CERCA DE LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO, ABSORBE UNA SIGNIFICATIVA CANTIDAD DE CORRIENTE DE NATURALEZA REACTIVA, DESTINADA A LA MAGNETIZACIÓN DE LA MÁQUINA. ESTAS COMPONENTES DE MAGNETIZACIÓN CREAN EL FLUJO EN EL MOTOR. ESTA ES LA RAZÓN POR LA QUE UN MOTOR SIEMPRE FUNCIONA CON UN FACTOR DE POTENCIA POR DEBAJO DE LA UNIDAD , TÍPICAMENTE 0.86 A PLENA CARGA. MOTOR DE ROTOR BOBINADO: EN ESTE TIPO DE MOTORES, EN EL ROTOR SE INTRODUCE UN BOBINADO TRIFÁSICO (VER FIGURA 1.11). EL BOBINADO DEL ROTOR SE PUEDE CONECTAR AL EXTERIOR POR MEDIO DE ESCOBILLAS Y ANILLOS ROZANTES. ESTE TIPO DE MOTORES PUEDEN TENER RESISTENCIAS EXTERIORES COLOCADAS EN EL CIRCUITO DEL ROTOR, LO QUE PERMITE REDUCIR LA CORRIENTE ABSORBIDA, REDUCIENDO LA SATURACIÓN EN EL HIERRO Y PERMITIENDO UN INCREMENTO EN EL PAR DE ARRANQUE. CONFORME LA VELOCIDAD DEL ROTOR AUMENTA EL VALOR DE LAS RESISTENCIAS SE REDUCE HASTA LLEGAR A CERO, LO QUE PERMITE MANTENER UN PAR ALTO. LA FIGURA 1.12 MUESTRA LA CURVA CARACTERÍSTICA DE PAR Y VELOCIDAD CUANDO VARÍAN LAS RESISTENCIAS DEL ROTOR.  

FIGURA 1.11: MOTOR DE ROTOR BOBINADO

 

FIGURA 1.12: EVOLUCIÓN DE LA CURVA PAR-VELOCIDAD VARIANDO LA RESISTENCIA ROTÓRICA

MOTOR DE ROTOR DE DOBLE JAULA: EN ESTE TIPO DE MOTOR EL ROTOR TIENE DOS SECCIONES, LA EXTERIOR ESTÁ DISEÑADA CON UN MATERIAL DE RESISTENCIA MÁS ELEVADA QUE LA INTERIOR. CUANDO EL MOTOR ESTA FUNCIONANDO A BAJA VELOCIDAD (MIENTRAS ARRANCA), LA FRECUENCIA DE DESLIZAMIENTO ES ALTA Y LA CORRIENTE DEL ROTOR TIENDE A CIRCULAR POR LA CARA EXTERIOR (DEBIDO AL EFECTO PIEL ), CON LO QUE LA RESISTENCIA EFECTIVA ES MAYOR Y EN CONSECUENCIA AUMENTA EL PAR DE ARRANQUE. CUANDO LA VELOCIDAD DEL ROTOR AUMENTA, LA FRECUENCIA DE DESLIZAMIENTO DECRECE, Y LA CORRIENTE DEL ROTOR CIRCULA POR LA ZONA DE BAJA RESISTENCIA DEL ROTOR, DE FORMA QUE LAS PÉRDIDAS ENERGÉTICAS SON MENORES. EN PRINCIPIO UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA ES UN MOTOR DE VELOCIDAD FIJA, PERO QUE PUEDE SER CONTROLADA ACTUANDO SOBRE EL NÚMERO DE POLOS, Y LA FRECUENCIA DE SUMINISTRO A LA QUE ESTÁ CONECTADO. LA ECUACIÓN DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR ES:

  DONDE: N = VELOCIDAD DEL MOTOR EN REVOLUCIONES POR MINUTO F = FRECUENCIA DE SUMINISTRO AL MOTOR EL HZ P = NUMERO DE POLOS EN EL ESTATOR S = DESLIZAMIENTO DEL MOTOR EN REVOLUCIONES POR MINUTO   DE ESTA ECUACIÓN , PUEDE VERSE QUE LA VELOCIDAD PUEDE SER VARIADA DE TRES FORMAS DIFERENTES:   A) CAMBIANDO EL NÚMERO DE POLOS. ESTO REQUIERE UN MOTOR CON DOBLE BOBINADO, Y ADEMÁS LA VELOCIDAD NO VARÍA DE FORMA CONTINUA SINO QUE SE PRODUCE UN SALTO DE UNA VELOCIDAD A

OTRA. POR EJEMPLO, UN MOTOR DE 2/8 POLOS CONECTADO A 50HZ TIENE DOS VELOCIDADES DE SINCRONISMO: 3000 Y 750 R.M.P.   B) CAMBIANDO EL DESLIZAMIENTO. ESTO PUEDE HACERSE VARIANDO LA TENSIÓN SUMINISTRADA AL MOTOR, LO QUE PROVOCA QUE LA CURVA DE PAR VELOCIDAD DISMINUYA CAUSANDO UN MAYOR DESLIZAMIENTO CONFORME AUMENTA LA CARGA EN EL MOTOR. EN GENERAL, LA REDUCCIÓN DE PAR ES PROPORCIONAL AL CUADRADO DE LA REDUCCIÓN DE VOLTAJE. VER FIGURA 1.13. PARA TRABAJAR CORRECTAMENTE, ESTE MÉTODO REQUIERE UNA CARGA CON UNA CARACTERÍSTICA CRECIENTE DE PAR Y VELOCIDAD. CUALQUIER VARIACIÓN EN LA CARGA CAUSARA UNA VARIACIÓN EN LA VELOCIDAD DEL MOTOR.  

FIGURA 1.13: VARIACIÓN DE VELOCIDAD ACTUANDO SOBRE EL DESLIZAMIENTO   C) VARIANDO LA FRECUENCIA DE SUMINISTRO DEL MOTOR. ESTE MÉTODO ES EL UTILIZADO POR LOS CONTROLADORES DE VELOCIDAD ELECTRÓNICOS. LA FIGURA 2.1 MUESTRA LA FAMILIA DE CURVAS PAR-VELOCIDAD CUANDO SE MODIFICA LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN. ESTE ES EL MEJOR MÉTODO PARA EL CONTROL DE LA VELOCIDAD , POR LAS SIGUIENTES RAZONES:      SE OBTIENE UN RENDIMIENTO ELEVADO EN TODO EL RANGO DE VELOCIDADES.      SE DISPONE DE UNA VARIACIÓN CONTINUA (SIN SALTOS) DE LA VELOCIDAD, QUE PUEDE SER CONTROLADA ELÉCTRICAMENTE VÍA SEÑALES DE CONTROL TALES COMO 0-10VDC O 4-20MA. ESTO HACE QUE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD PARA MOTORES DE CA SEAN IDEALES PARA LOS PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN.      EL PAR DISPONIBLE EN EL MOTOR ES CONSTANTE , INCLUSO A BAJAS VELOCIDADES. ESTO NOS DA LA POSIBILIDAD DE TRABAJAR CON CUALQUIER TIPO DE CARGA.      SE PUEDE TRABAJAR CON FRECUENCIAS SUPERIORES A 50HZ.