27 Mar
CURSO DE
BOBINADO Y
REPARACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS
Envío 4
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MOTORES MONOFÁSICOS CON ROTOR BOBINADO
Si bien, hasta el momento hemos considerado motores monofásicos que utilizan rotores tipo de jaula de ardilla, debemos tener en cuenta que también existen maquinas con rotor bobinado. Para su consideración procederemos a clasificarlas en motores universales o serie y motores de repulsión.
MOTOR SERIE O UNIVERSAL
Los llamados motores serie o universales presentan una propiedad muy interesante en lo que respecta a su alimentación, en efecto, pueden funcionar indistintamente con corriente continua o alterna, de allí proviene la denominación «universales». Estas
El lector habrá observado que estas maquinas también son denominadas «motores serie», esto se debe a que consideradas bajo el aspecto de su conexionado resultan ser muy similares a los motores serie de corriente continua. Por ese motivo le resultara familiar el esquema que muestra la figura 1 ya que se trata de un motor bipolar universal que guarda exacta similitud con un motor serie de corriente continua.
En primera instancia debe notarse que nuestro motor elemental lleva colector, detalle que resulta una novedad ya que en los motores de corriente alterna estudiados hasta el momento no era necesaria su utilización por tener el rotor en cortocircuito, esto
En efecto, considerando que la red de alimentación presenta en
La corriente recorre la espira y sale de la misma pasando por la delga ubicada a la derecha y la escobilla desde donde se dirige el polo positivo de la
red circulando previamente por el arrollamiento de campo superior.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
Como se recordara, en un motor de corriente continua, en caso de invertir la polaridad de la tensión aplicada se mantiene el sentido de giro ya que por tratarse de un circuito serie la polaridad magnética del inductor se modifica al mismo tiempo que la del inducido. Este detalle tiene importancia dado que debemos considerar el funcionamiento el mismo motor cuando se le aplica una tensión alterna de alimentación.
Para interpretar rápidamente el funcionamiento del motor universal cuando se le aplica una tensión alterna recurrimos a la figura 2, en ella consideramos el comportamiento de la maquina para los semiciclos de tensión aplicada. Este sentido de circulación de la corriente determina las polaridades magnéticas señaladas en la figura, es la regla de la mano izquierda quien nos indica que el polo norte inductor se ubica a la izquierda mientras que el polo sur a la derecha, pero además, la espira se comporta como un imán quedando su polo norte en el plano superior y el sur en el inferior.
La reacción de ambos campos magnéticos produce el giro de la espira en el sentido de las agujas del reloj lo que queda determinado por la simple aplicación de la regla de mano derecha.
¿Qué ocurre en el semiciclo negativo? Al circular la corriente en sentido inverso por los arrollamientos inductores y la espira, los campos magnéticos de ambos se invierten, pero la espira mantiene el mismo sentido de gira lo que resulta perfectamente explicable si aplicamos nuevamente las reglas correspondientes.
Vemos que el motor serie puede funcionar con corriente continua o alterna, esto puede llevarnos a suponer que no se hace necesaria ninguna modificación para lograr idéntico rendimiento bajo una u otra condición. Pero no es así, diversos factores influyen haciendo que un motor serie preparado para funcionar con corriente continua presente apreciables pérdidas
PÉRDIDAS EN EL HIERRO
En esto motores, de no tomarse ciertas precauciones constructivas, se produce un aumento excesivo de la temperatura en el hierro que es motivado funda- mentalmente por dos causas, una de ellas es originada por las ya conocidas corrientes de Foucault o parasitas y la otra esta determinada por la llamada histéresis magnética.
Con referencia a las corrientes de Foucault es sabido que se producen cuando el hierro de la maquina esta sometido a la acción de un flujo magnético variable. Efectivamente, el hierro al cortar líneas de fuerza (o ser cortados por las mismas) recibe una tensión inducida que establece corrientes que no representan ninguna utilidad ya que se limitan a desplazarse por la masa del metal. Como se recordará, para que el conjunto de laminas no forme eléctricamente un solo bloque, cada plancha de metal se encuentra aislada del resto para ello, durante la fabricación se las somete a un proceso de oxidación
FIGURA 3 – LOS Núcleos DE LAMINADOS REDUCEN LAS CO- RRIENTES DE FOUCAULT
La otra causa determinante de pérdidas en el núcleo, tal como se anticipó en la histéresis magnética; se trata de un fenómeno fácil de interpretar, consiste en
lo siguiente: supongamos que se aplica una fuerza magnetizante as un trozo de hierro que no fue sometido hasta el momento a campo magnético alguno, en estas condiciones el hierro toma propiedades magnéticas hasta un limite conocido como punto de saturación.Si
luego se disminuye paulatinamente la fuerza magnetizante hasta anularla, podemos creer que el trozo de hierro pierde totalmente el magnetismo que había adquirido, pero no ocurre así. Para eliminar el magnetismo remanente se hace necesario aplicar una fuerza magnética on sentido inverso al anterior, recién a partir de esta situación se puede magnetizar nuevamente al trozo de hierro para lograr en el mismo una polaridad opuesta a la lograda en el comienzo del proceso. Esto representa una pérdida de importancia cuando el flujo de un circuito magnético debe ser invertido muchas veces por segundo, cosa que ocurre precisamente en los motores de alterna, por ese motivo se eligen materiales que presentan mínimo campo remanente.
LOS ARROLLAMIENTOS EN CORRIENTE ALTERNA
A las pérdidas producidas por calor recientemente explicadas se suman otras de carácter distinto, ocurre que el comportamiento de los arrollamientos de la maquina no es el mismo cuando están sometidos a corriente continua que si por ellos circula corriente alternada. En los bobinados sometidos a corriente
Comenzaremos por recordar que toda bobina impone una cierta demora al crecimiento o decremento de la corriente que por ella circula, esto significa que si se la conecta a una fuente de corriente alterna, en forma permanente la bobina se opone a los cambios de valor de la corriente, es justamente esta oposición la que llamamos Reactancia Inductiva. Pero existe otro factor importante, la frecuencia con que la corriente tiende a variar no es la misma en ambos casos, observe que una de las fuentes entrega 50 c/s y la otra 25 c/s. Decíamos que la reactancia inductiva
Tal es así que en algunos casos muy especiales, cuando se deben accionar motores universales de potencia relativamente alta, se acude a generadores destinados específicamente a tal fin que entregan corriente alterna a razón de 25 c/s. Otro factor importante consiste en mantener una reluctancia de bajo valor lo que se consigue dejando espacios libres entre el estátor y el rotor lo más pequeño posible dentro de los limites necesarios para el funcionamiento mecánico del motor, incluso en muchos casos, en lugar de utilizar estátores con polos salientes se acude a los de forma de anillo de hierro similares a los que se utilizan en las maquinas de fase partida.
Con referencia a los arrollamientos del inducido son validas las consideraciones referentes al inductor, o sea, dentro de limites aceptables se reduce su inductancia para no presentar excesiva oposición a la corriente circulante.
CONMUTACIÓN
Al utilizar un motor universal con corriente alterna se comprueba que los arrollamientos que quedan en cortocircuito por medio de las escobillas reciben corrientes mas intensas que da lugar a la producción de un intenso chisporroteo en el colector siempre que no se tomen las debidas precauciones para atenuar este efecto. de sentido contrario a las de autoinducción.
Por supuesto que estos efectos también se manifiestan cuando el motor es alimentado con corriente alterna, pero además aparece una nueva dificultad que pasamos a considerar.
Lo contrario ocurre en el instante ilustrado en la figura
7, donde la espira se desplaza en forma paralela a las líneas de campo, en este caso la tensión inducida es nula ya que no se produce «corte» de líneas de fuerza. Dado que esa posición de la espira se produce la conmutación, es evidente que esta tensión inducida colabora en la producción de chispas entre las escobillas y el colector.
En los motores universales de mayor potencia es necesario controlar eficientemente un chisporroteo excesivo, por lo tanto se acude a la ubicación de resistencias dispuestas en la forma indicada en la figura 8. De esta manera se limita la corriente únicamente en la sección conmutada permitiendo esto evadir pérdidas de calor demasiado elevadas.
DESCRIPCIÓN DE UN MOTOR UNIVERSAL
Dado que el motor universal es muy parecido en varios aspectos al motor serie de corriente continua procederemos a continuación a efectuar una breve descripción de sus partes componentes. En la figura 9 se muestran las principales partes componentes del motor, refiriéndonos a la carcaza podemos decir que por lo general es de acero laminado, de aluminio o de fundición, siendo sus dimensiones las adecuadas para mantener firme las chapas, construyéndose con frecuencia carcazas de una sola pieza con los soportes o patas del motor.
FIGURA 8 – Inclusión DE UNA RESISTENCIA PARA DISMINUIR EL CHISPORROTEO. Tanto el núcleo como el colector van sólidamente afirmados al eje.
Pueden encontrarse los motores universales en los que puede desmontarse un solo escudo ya que el otro va fundido junto con la carcaza, los porta escobillas, por lo general están ubicados en el escudo frontal.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES UNIVERSALES
A continuación comentaremos en forma abreviada las ventajas e inconvenientes de estos motores; ellas son:
Velocidad de giro variable. Vele destacar que en ausencia de carga la velocidad no alcanza limites peligrosos porque tratándose de maquinas de poca resistencia, buena parte de ella se emplea en vencer los rozamientos del eje con sus cojinetes y el producido por las aletas del ventilador con aire, por esa razón no puede decirse en forma absoluta que el motor trabaja sin carga.
Tal como se indicó a estudiar los motores serie de corriente continua, al iniciarse el arranque en el rotor no se establece una fuerza contraelectromotriz elevada por cuya razón la corriente que circula a través de los arrollamientos es apreciable lo que determina una gran intensidad de campo en los arrollamientos inductores e inducidos dando como resultado un elevado par motor.
Velocidades elevadas. Esto no ocurría en los motores de inducción, por ejemplo los de fase partida, porque en ellos la velocidad depende únicamente de la velocidad de giro del campo inductor.
Funcionan con corriente continua o abierta. Si bien estos motores pueden funcionar con ambas corrientes, de acuerdo a lo explicado al comenzar esta lección se puede interpretar que las maquinas que en la industria o el hogar funcionan como motores universales no se
Con referencia a las desventajas que presentan los motores universales, podemos sintetizarlas como se indica a continuación.
Requieren control eficiente. Estas maquinas contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica, se hace necesario controlar el desgaste del colector, de las escobillas, el envejecimiento de los muebles, etc.
Chispas bajo las escobillas. Ya que el rotor es recorrido por la corriente de alimentación, por efectos de autoinducción se establecen chispas que tienden a acortar notablemente la vida útil de las escobillas y del colector.
Ruidos. Dados que estos motores alcanzan fácilmente una velocidad elevada es casi imposible conseguir de ellos un funcionamiento silencioso.
MOTORES DE REPULSIÓN
Estas maquinas basan su funcionamiento en un efecto electromagnético muy interesante, para interpretarlo fácilmente acudimos a la figura 12 en la que se ha representado una fuente de tensión de alterna alimentando los arrollamiento de campo, entre ambos polos se ubica una espira rectangular que puede girar libremente sobre un eje perpendicular a las líneas de fuerza.
Si intentamos modificar la posición de la espira notamos que ofrece una apreciable resistencia inicial, o sea, debemos realizar un considerable esfuerzo para
desviarla cumplíéndose esta situación dentro de unos
15 grados de giro a partir de la posición primitiva. Pero luego la resistencia de la espira decrece a medida que se acerca a una posición paralela a las líneas de fuerza.
¿Qué ocurre si soltamos la espira? Esta propiedad de la espira es la que se toma como base para el funcionamiento del motor de repulsión; básicamente estas maquinas llevan un inductor fijo alimentado por la corriente de línea y un rotor bobinado con colector similar a los estudiados en las maquinas de corriente continua.
El estátor o inductor esta provisto de ranuras en las cuales se alojan los arrollamientos, estos últimos son similares a los utilizados en los motores de fase partida. Las ranuras suelen estar dispuestas en forma oblicua con relación al eje del motor con el fin de lograr siempre el mismo par de arranque cualquiera sea la posición de arranque del rotor.
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR A REPULSIÓN
Para explicar el funcionamiento del motor a repulsión nos remitimos al esquema de la figura 13 en el que se ha representado al rotor bobinado recibiendo un campo magnético creciente producido por los arrollamientos del estátor. Para la situación mostrada en la figura 13 no circulará corriente por las espiras del rotor ni entre las escobillas
De esto se deduce que al no existir corriente alguna en el rotor tampoco se origina campo magnético capaz de reaccionar con el flujo inductor para producir el giro del motor.
¿Qué ocurre si ubicamos las escobillas sobre el eje del campo inductor? Al colocar las escobillas en la posición indicada en la figura 15, el conjunto de bobinas ubicado en la zona superior se comporta como una pila haciendo lo propio el conjunto inferior, de esta manera (tal como lo señala el esquema equivalente de la misma figura) las dos pilas alimentan simul- táneamente las escobillas.
La aparente complejidad de lo expuesto se puede resumir en forma practica señalando que: si las esco-
FIGURA 14 – CIRCUITO EQUIVALENTE DEL INDUCIDO CUANDO LAS ESCOBILLAS SE UBICAN SOBRE LA Línea NEUTRA
billas cortocircuitadas se colocan sobre la línea neutra o sobre el eje del campo inductor el motor no puede iniciar su marcha.
Es interesante tener que el sentido del giro es inverso al del ángulo de desvío de las escobillas, además estos motores necesitan un dispositivo de arranque capaz de limitar la corriente inicial que demanda el motor por ser esta muy elevada.
También es posible (aunque menos practico) entregar la tensión de alimentación ubicando previamente las escobillas en la zona neutra desviándolas luego lentamente hacia los polos.
Con respecto a la regulación del velocidad del motor a repulsión es fácil interpretar de acuerdo a lo visto que la misma dependerá de la posición que ocupan las escobillas con respecto a los polos inductores, es decir,
La carácterística mas importante de este motor reside en que para obtener un elevado par de arranque trabaja en el momento inicial como un motor de repulsión, mientras que al alcanzar una velocidad equivalente al
75% de la de régimen, se comporta como un motor con rotor en jaula de ardilla.
Dado que los principios de funcionamiento de los motores de inducción y los de repulsión ya fueron explicados oportunamente, nos ocuparemos en analizar el dispositivo recién mencionado. Para ello acudimos a la figura 17 en la que se observa el despiece del mecanismo centrifugo pudiéndose apreciar que esta formado por las siguientes piezas dispuestas en el rotor: masas reguladoras o centrifugas, collar de cortocircuito, casquillo-muelle, resorte, bielas, portaescobillas, y arandelas de presión.
Partiendo del momento de arranque, a medida que el motor cobra velocidad, la fuerza centrifuga actúa sobre las masas respectivas haciendo que las bielas se desplacen hacia adelante. Estas a su vez presionan al casquillo muelle obligando al collar a poner las delgas en cortocircuito, simultáneamente los portaescobillas quedan separados del colector, evitándose de esa forma el desgaste inútil de las escobillas.
Considerando que el buen funcionamiento de este motor se debe fundamentalmente a la precisión con que actúa el mecanismo centrifugo, debemos tener en cuenta que de no producirse el levantamiento de las escobillas en el momento adecuado, el motor no puede alcanzar su velocidad normal de funcionamiento.
Llamará la atención que el inducido de estos motores lleve con un colector de conformación distinta a la considerada hasta el momento, se trata de un colector
«radial» en el que las escobillas apoyan hori- zontalmente. Estos colectores, por su reducido espesor permiten fabricar inducidos de corta longitud, además, en el caso que nos ocupa posible colocar un meca- nismo centrifugo sin aumentar innecesariamente las dimensiones del motor.
MOTORES ASINCRONICOS Polifásicos
Consideraciones previas
Hasta el momento hemos considerado motores de corriente alterna de distintos tipos, en ellos el giro del motor se manténía gracias a la acción de un campo magnético originado por un solo juego de bobinas. Por
CORRIENTES ALTERNAS MONOFASICAS, BIFASICAS Y TRIFASICAS
Como se recordará, iniciamos el estudio de la corriente alterna mediante un generador elemental en el que una espira al girar dentro de un campo magnético recibía una tensión inducida cuyo valor y polaridad variaba en el tiempo. Estas carácterísticas la diferenciaban netamente de la corriente continua, por ejemplo, la
producida por una batería, dado que esta última determina en un circuito un desplazamiento de electrones con sentido constante. Por ese motivo en corriente alterna se utilizan otros términos, a los conductores que transportan la corriente eléctrica en uno u otro sentido, al ritmo que marca la frecuencia, se les llama fases.
La palabra fase, no lo dudamos, es muy utilizada al hablar de redes de alimentación, son comunes expresiones como «corriente monofásica», pero, ¿qué es una corriente monofásica o una trifásica?, veamos. La corriente monofásica podemos considerarla a aquella producida por una sola espira, tal como lo hemos estudiado anteriormente, por ese motivo no consideramos necesario abundar detalles.
CORRIENTES BIFASICAS
En la figura 18 se muestra un generador elemental de corriente bifásica, se trata sencillamente de dos espiras ubicadas perpendicularmente entre sí que pueden girar dentro de un campo magnético a la misma velocidad. Los terminales de cada espira están conectados a anillos metálicos sobre los que apoyan las respectivas escobillas (no mostradas en la figura), de manera tal que se disponen cuatro conductores para alimentar en forma independiente a dos cargas, en nuestro ejemplo se trata de simples lámparas eléctricas.
Vale observar que durante el giro los lados activos de las espiras no se encuentran en igual posición dentro del campo, en el caso ilustrado en la figura 1, la espira conectada a los dos anillos de la izquierda está
«cortando» máxima cantidad de líneas de fuerza, por
lo tanto su tensión inducida es máxima recibiendo alimentación la lámpara derecha.
Observe que la espira horizontal lleva un terminal conectado al anillo de la derecha y al central. Una imagen más simplificada aún lo da el esquema que acompaña la figura observándose que la central actúa como conductor de retorno por el que circularán las corrientes (defasadas) hacia cada bobina. Ocurre que con igual cantidad de conductores se pueden alimentar tres cargas simultáneamente utilizando corrientes trifásicas, por ello pasamos a considerarlas con más detenimiento.
CORRIENTES TRIFASICAS
Un generador elemental de corriente trifásica está formado como lo muestra la figura 20 por tres espiras separadas 120º entre sí, pudiendo girar dentro de un campo inductor. Ya que durante el giro las espiras mantienen la misma separación, se logran tres corrientes que defasan 120º, circunstancia ésta que representa una gran ventaja como veremos de inmediato.
En la figura, cada espira está conectada a un par de anillos e manera tal que para alimentar tres cargas utilizaremos seis conductores (dos para cada carga) que no es precisamente la ventaja que anticipó con
respecto a las corrientes bifásicas. Sin embargo dicho inconveniente se supera fácilmente, ya que si sumamos geométricamente las corrientes obtenidas, en cualquier momento de giro, el resultado es cero.
¿Cómo puede ser esto?
correspondientes señalán los valores y polaridades de las corrientes durante un ciclo. Cabe destacar que para mayor claridad, las espiras fueron representadas una a continuación de la otra, lo que permite observar la posición que ocupan en determinado momento dentro del campo inductor; en efecto, la espira Nº1 no corta líneas de fuerza, por lo tanto el gráfico correspondiente se inicia con un valor de corriente cero.
Esta disposición se muestra en la figura 23 y se la conoce como conexión «en estrella», puede apreciarse la uníón de las tres bobinas en un punto central desde donde parte el conductor neutro.
Vale aclarar que no es ésta la única conexión «en estrella» que puede encontrarse, pero las disposiciones que lleva el conductor neutro se utilizan cuando la
cargas en cada fase no son iguales, circulando por dicho conductor una corriente que es la resultante vectorial de las intensidades que circulan por cada fase. Cuando las cargas a alimentar son iguales, como en el caso de los motores que estudiaremos en esta lección, no se utiliza conductor neutro ya que por el mismo no circulará corriente por los motivos explicados anteriormente.
CAMPO GIRATORIO
Para lograr el funcionamiento de un motor asincrónico de inducción, es necesario disponer de un campo magnético giratorio, veamos como se consigue esto analizando un experimento llamado de Arago que sirvió en su momento como punto de partida para la obtención de los motores que se utilizan en la actualidad.
FIGURA 23 – Conexión EN ESTRELLA
FIGURA 24 – Conexión EN TRIANGULO
Con referencia a la disposición triángulo indicamos solamente que la tensión entre dos conductores cualesquiera de salida, equivale a la tensión de la fase. Es importante tener presente el resumen anterior ya que es la base para interpretar el funcionamiento de los motores trifásicos, tal es así que gracias a estas corrientes se consigue el campo giratorio imprescindible para la marcha de la máquina.
al figura 26. Cabe destacar que el cilindro de cobre es de menor diámetro que la separación que existe entre las ramas del imán, de manera tal que entre ambos no existe rozamiento alguno, esto nos lleva a preguntar por que razón al girar el imán también gira el cilindro, aunque lo hace a una velocidad menor.
Sin embargo la similitud de la experiencia de Arago con el funcionamiento del motor asincrónico es apreciable, por esa razón consideramos necesario agregar algunas consideraciones al respecto.
¿La velocidad del cilindro puede alcanzar a la del imán?
¡No! , porque para que haya corriente inducida en le cilindro es preciso que exista una velocidad relativa entre el cilindro y el imán ya que se giraran en el mismo sentido y a la misma velocidad no habría co- rriente en le cilindro y por consiguiente su campo magnético sería nulo.
Pero si el cilindro, que es muy liviano, está montado sobre un eje de forma tal que el frotamiento sea mínimo, puede casi alcanzar la velocidad del imán, como en le caso de un motor que no acciona ninguna
carga. De esto se deduce que la reacción de los dos campos será mayor cuando la diferencia de las velocidades aumenta, lo que determina un par motor elevado.
Teoría DEL CAMPO Magnético GIRATORIO
En la práctica, el campo giratorio se obtiene utilizando corrientes trifásicas. La ubicación física de las mismas se puede apreciar en el detalle correspondiente.
El campo de cada bobina aumenta y disminuye siguiendo las fluc- tuaciones de la corriente que circula por su fase.
Veamos como se produce este campo giratorio. En la figura 29, se han representado gráficamente las variaciones de corriente de las fases R, S y T durante el tiempo equivalente a un ciclo, en la parte inferior, se señalán los sentidos de los campos magnéticos correspondientes a siete instantes determinados, que para mejor identificación se los ha indicado numéricamente sobre el eje tiempo.
Instante 1– En ese momento la fase R y la fase T, tienen el mismo valor pero sentido contrario, en consecuencia la corriente que circula por ellas crea polaridades distintas en los polos afectados por esas fases. Como los campos son de igual valor, el campo magnético resultante estará comprendido entre los mismos y tendrá el sentido indicado en la figura.
Instante 2- La fase R, está en valor nulo, mientras que las fases S y T tienen valores iguales y de signo contrario; por las mismas razones expuestas en el instante 1, el flujo habrá girado 60º.
Instante 3- En esta situación las fases R y S alcanzan valores negativos y positivos respectivamente, mientras que la corriente de la fase T es nula. El campo se establece de acuerdo al sentido indicado, lo que equivale a un giro de 60º.
FIGURA 28 – POLARIDADES OPUESTAS EN UN Estátor Trifásico CON SEIS POLOS
Instante 4- En esta situación, la fase es de valor nulo y en consecuencia el giro del campo estará determinado por las corrientes de las fases R y T.
Instante 5- El nuevo giro del campo magnético, le posibilita la corriente que circula a través de las fases T y S ya que es nula la de R.
Instante 6- Nuevamente la fase T pasa por le valor cero, el campo gira 60º por efectos de las corrientes circulantes a través de las fases S y R.
Instante 7- Tal como se puede observar, el campo magnético ha girado 360º, lo que queda reflejado en le esquema correspondiente.
FIGURA 29 – Obtención DE UN CAMPO GIRATORIO MEDIANTE UNA CORRIENTE TRIFASICA
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Asincrónico
Hemos considerado en que forma se produce un campo magnético giratorio utilizando corrientes trifásicas, es oportuno aprovechar estos conocimientos para explicar como se logra el giro del rotor. Sabemos que en realidad las cosas no ocurren de esa manera, o sea, el campo giratorio se obtiene con corrientes trifásicas como acabamos de explicar, pero ocurre que las figuras se complicarían sin necesidad.
Comenzaremos por observar la figura 30 en la que se ha representado un par de polos magnéticos que rota, se trata evidentemente de un campo giratorio cuyas líneas de fuerza «cortan» al rotor, es fácil apreciar la similitud de este fenómeno con el experimento de Arago explicado al comenzar esta lecciónFIGURA 30 – LA ESPIRA INICIA SU GIRO.
Automáticamente la corriente inducida en la espira genera su propio campo magnético que presenta la polaridad señalada en la figura.
En la figura 31, el campo inductor continúa su giro y en la espira se desarrolla por supuesto la corriente inducida.
Es evidente que al no presentar la espira campo magnético alguno, no se produce la reacción necesaria para el giro, razón que determina una perdida de velocidad de la espira con respecto al campo inductor.
La situación recién explicada se muestra en la figura
32, donde se supone que la espira por girar a la misma velocidad que le campo inductor, no recibe tensión inducida.
Debemos entender que la velocidad del rotor, depende en cierta forma de la carga, si esta aumenta, es necesario una mayor fuerza de giro para accionar el
FIGURA 32 – AL GIRAR LA ESPIRA Y EL CAMPO INDUCTOR A LA MISMA VELOCIDAD DESAPARECE LA CORRIENTE INDUCIDA
motor. Es evidente que con cargas más pesadas, el motor gira a menos velocidad que con cargas livianas, pero solo se requiere una leve diferencia de velocidades para producir la variación de corriente que compensa los cambios de carga, por ello a estas máquinas se las considera de velocidad constante.
Descripción DE UN MOTOR Asincrónico Trifásico
Los motores trifásicos se construyan para diversas potencias, desde una fracción de HP hasta varios miles caballos de fuerza; se caracterizan por su velocidad prácticamente constante; en lo referente al par de arranque, se los fabrica con muy diversas carac- terísticas, elevado o reducido de acuerdo a la aplicación que se desee. Estas máquinas se usan para el accionamiento de ascensores, grúas, montacargas, etc, pero en lo referente a su construcción, poco podemos agregar ya que son similares a los motores de fase partida, aunque no llevan interruptor centrífugo.
El estátor se muestra en la figura 33, está compuesto por una carcaza de fundición, un núcleo de chapas de hierro silicio y un arrollamiento formado por varias bobinas alojadas en sus correspondientes ranuras.
FIGURA 34 – ROTOR EN JAULA DE ARDILLA DE UN MOTOR Trifásico
bobinado. En la figura 34 se muestra el primero de los mencionados sobre el que no realizaremos mayores comentarios ya que sus propiedades eléctricas y carácterísticas constructivas fueron debidamente explicadas en lecciones anteriores.
Sobre los anillos apoyan escobillas, a través de las cuales el arrollamiento del rotor puede variar su resistencia por medio de un reóstato para producir el arranque de la máquina, bajo condiciones normales de funcionamiento. Con referencia a los escudos o tapas, al igual que en otros tipos de motores, van fijados a la carcaza y en ellos se ubican los cojinetes en los que apoya el eje del rotor.
MOTORES TRIFASICOS ASINCRONICOS CON ANILLOS DESLIZANTES
Considerando el motor con jaula de ardillas en lo referente a la posibilidad de variar su velocidad, frecuentemente sabemos que no se adaptan a esa exigencia, podemos agregar incluso que esto se encuentra relacionado con las carácterísticas del campo giratorio. En efecto, el término velocidad de sincronismo en los motores de alterna significa la velocidad que toma el campo giratorio (en r.P.M) esta depende de la frecuencia de la corriente que alimenta a la máquina y el número de polos del arrollamiento del estátor.
r.P. m = 120 x 50 = 1500
FIGURA 35 – ROTOR CON ANILLOS ROZANTES
como el motor gira a un 5 % más despacio que el campo, la velocidad del motor resulta ser 1424 rpm. Si el cambio de velocidad es definitivo, puede reconectarse el estátor para un número diferente de polos, pero si la velocidad debe cambiar frecuentemente, estaremos obligados al uso de un aparato conmutador que varíe rápidamente el número de polos. Estos motores, tiene el estátor y sus arrollamientos del mismo tipo de los empleados en los de jaula ardilla, pero el rotor presenta alambres o barras de cobre aislado similares en parte a los utilizados en máquinas de corriente continua.
ARRANQUE Y CONTROL DE VELOCIDAD
En la figura 36, se muestra un esquema de las conexiones para el estátor, el rotor y la resistencia de arranque y control de velocidad de un motor con anillos deslizantes. La resistencia está conectada en estrella, al igual que los devanados del rotor y si se sigue desde cada sección del devanado del rotor se comprobará que dos secciones de reóstato regulador se encuentran en serie con él.
Los tres cursores son brazos de contacto deslizante que se encuentran unidos en el punto central y están dispuestos para disminuir la resistencia cuando se hacen girar en sentido horario. Esta resistencia se utiliza para producir el arranque sin excesiva corriente
Luego se disminuye gradualmente la resistencia a medida que el motor va adquiriendo velocidad. Una vez que el motor ha alcanzado su velocidad normal, si se intercala nuevamente resistencia en el circuito del rotor disminuye la velocidad en proporción a la resistencia intercalada.
Es evidente que las carácterísticas mencionadas favorecen el accionamiento de la máquina cuando debe ponerse en marcha y detenerse con frecuencia o cuando el arranque es difícil por la naturaleza de la carga incluyendo los casos en que debe variarse la velocidad entre límites mayores de los que puede obtenerse cambiando el número de polos de los motores de jaula de ardilla.
FIGURA 36 – REOSTATO CONECTADO A UN MOTOR Trifásico DE ANILLOS ROZANTES PARA CONTROL DEL ARRANQUE Y VELOCI- DAD
ARRANCADOR ESTRELLA TRIANGULO
Este sistema se utiliza para motores cuya potencia supera los 3 HP, consiste en proveer al motor de un dispositivo externo que permita conectar sus devanados en estrella o en triángulo. El dispositivo no es más que un sistema de conmutación de tres posiciones; estrella triángulo y paro. Es importante destacar la que la disposición que estamos considerando, es adecuada para motores cuyos devanados están calculados para trabajar en triángulo, cuando la máquina trabaja en las condiciones de régimen, cada fase recibe toda la tensión de la línea, pero si cambiamos la conexión triángulo por la posición estrella, cada fase recibe una tensión 1,73 veces menor, lo que trae aparejado una disminución de la corriente.
Este cambio de conexiones, puede hacerse en la placa de bornes de la máquina. Podemos observar que cada borne mantiene una misma separación con los bornes inmediatos, esto se cumple tanto en sentido vertical como en el horizontal, de esta manera pueden efectuarse las conexiones con unos puentes metálicos con dos orificios que guardan la misma separación que los bornes.
Los conductores R, S y T son por supuesto los correspondientes a la red de alimentación trifásica y como vemos alimentan a los extremos A, B y C de arrollamientos.
Desde el punto A, un devanado llega al terminal E y queda unido eléctricamente al extremo B del segundo devanado por intermedio del puente metálico central.
Por sus extremos opuestos los arrollamientos finalizan en los puntos A, B Y C como lo indica el esquema.
De acuerdo a lo visto al comenzar esta lección, resulta claro que las conexiones recién indicadas permiten que un motor pueda trabajar con tensiones distintas, por ejemplo, si la red de alimentación trifásica entrega
380 volt, el bobinado del estátor deberá conectarse en estrella; en caso de que la red sea trifásica de 220
volt los bobinados del estátor se conectarán en triángulo. En la figura sus contactos móviles están desplazados hacia la derecha lo que equivale a conexión «en estrella» del estátor. En efecto, puede notarse que los terminales internos de los arrollamientos quedan en cortocircuito ya que los bornes de la derecha de la llave están eléctricamente unidos.
Cuando la llave se pasa a la izquierda, la conexión del estátor queda en triángulo ya que cada uno de los arrollamientos es alimentado directamente por dos de las fases de la línea
EJERCICIOS DE Autoevaluación BOBINADOS – Envío 4
1) El conexionado de los motores universales es similar al de
a) Los motores shunt de corriente continua. ( )
b) Los motores serie de corriente continua. ( )
2) En un motor serie de corriente continua, al invertir la polaridad de la tensión aplicada
a) El rotor invierte su giro. ( )
b) El rotor mantiene su sentido de giro. ( )
3) Una elevada histéresis magnética
a) Favorece el funcionamiento del motor. ( )
b) Disminuye el rendimiento del motor. ( )
4) Los motores de repulsión logran desarrollar un par de arranque elevado
a) Con corrientes relativamente bajas. ( )
a) Con corrientes elevadas. ( )
5) En los motores de repulsión, las escobillas deben estar
a) Perfectamente aisladas entre sí. ( )
b) Unidas eléctricamente mediante un cortocircuito. ( )
6) En los motores de repulsión, el giro del rotor se produce cuando
a) Las escobillas se ubican sobre la zona neutra. ( )
b) Las escobillas se ubican desplazadas unos 15 grados de la línea neutra. ( )
7) Los motores de repulsión en el arranque e inducción en régimen se caracterizan por
a) Su pequeño par de arranque. ( )
a) Su elevado par de arranque. ( )
8) En los motores de repulsión en el arranque e inducción en el régimen, la utilización del colector radial permite
A) Colocar el mecanismo centrifugo sin aumentar innecesariamente
las dimensiones del motor. ( )
b) Evitar el chisporroteo bajo las escobillas. ( )
9) En los motores asincrónicos trifásicos con jaula de ardillas, el rotor gira
A) a menor velocidad con carga que en vacío
( )
B) a igual velocidad con carga que en vacío
( )
10) Cuando el lugar donde trabaja un motor es posible que se produzcan explosiones o incendios, conviene utilizar
A) un motor con anillos rozantes
( )
B) un motor con rotor en jaula de ardilla
( )
11) Cuando se desea variar a voluntad en una amplia gama la velocidad, es conveniente utilizar
A) un motor con rotor en jaula de ardilla
( )
B) un motor con anillos rozantes
( )
12) Los reostatos trifásicos de arranque sirven
A) para reducir la corriente de arranque únicamente
( )
B) para reducir la corriente de arranque y regular la velocidad del motor
( )
13) En el rotor de un motor asincrónico trifásico la corriente inducida es máxima cuando
A) la velocidad del campo giratorio es igual a la del rotor
( )
B) es máxima la diferencia de velocidades entre el campo giratorio y el rotor
( )
14) En los motores con anillos rozantes, los arrollamientos del rotor generalmente están dispuestos
A) en estrella
( )
B) en triángulo
( )
15) En el motor asincrónico trifásico con jaula de ardilla
A) el rotor gira a igual velocidad que el campo giratorio
( )
B) el rotor gira a menor velocidad que el campo giratorio
( )
16) En corriente trifásica la conexión en estrella equivale a
A) la uníón de tres bobinas en un punto central
( )
B) la uníón de tres bobinas por sus extremos
( )
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