Catálogo de mantenimiento

Joseph Ramírez Ureña 11-7

Principio de funcionamiento de motores cc

• Según la ley de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

Motores y Generadores CC

Serie• En el motor en serie devanado inductor está conectado en serie con

el devanado del inducido, por lo que en este caso solamente hay un circuito eléctrico, la intensidad del inducido y la de excitación serie serán iguales, y de valor muy elevado, para que no ocasionen caídas de tensión elevadas en este devanado es preciso que tenga pocas espiras y además estas deben ser de hilo grueso. La característica fundamental de estos motores es que presentan un gran par de arranque, por lo que les permite arrancar estando en carga, aunque su velocidad no se mantiene constante, sino que varía mucho dependiendo de la carga que deba arrastrar, disminuye al aumentar la carga y aumenta al disminuir ésta. Esto los convierte en muy peligrosos en aquellos trabajos en que puedan quedarse sin carga, ya que corren grave riesgo de embalamiento, como es el caso de grúas.

Shunt• En el motor shunt el devanado inductor está conectado en

paralelo con el devanado del inducido, por lo que en este caso la tensión de la red alimenta a las dos ramas del circuito y la intensidad absorbida de la red se reparte entre la intensidad del inducido, por donde se derivará la mayor parte de la corriente y la intensidad de excitación derivación que será de un valor muy reducido, por lo que la resistencia de esta rama debe ser muy elevada, lo que provoca que el devanado de excitación shunt esté construido con muchas espiras de hilo fino. Son motores muy estables y de gran precisión, por lo que son muy utilizados en máquinas herramientas: fresadoras, tornos, taladradoras,… Tienen el inconveniente de que su par de arranque es más pobre que el de los motores serie.

Compund o Compuesto

• En estos motores, parte del devanado excitador se coloca en serie y parte en paralelo.

• Presentan características intermedias entre el motor serie y shunt, mejorando la precisión y estabilidad de marcha del serie y el par de arranque del shunt y no corre el riesgo de embalarse al perder la carga.

Motor excitación independiente• En este motor los dos devanados son alimentados con

fuentes diferentes.• Tiene las mismas ventajas que un motor shunt, la

diferencia es que este tipo tiene más posibilidades de regular su velocidad.  el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par defuerza es entonces prácticamente constante.Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerzaelectromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. Este sistema de excitación no sesuele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior decorriente.

Principio de funcionamiento de motor CA

• Los motores de CA utilizan este tipo de energía para funcionar y como ésta es la mas común este tipo de motores son mas sencillos de usar que los motores de c.c. que requerirán equipo especial para convertir este tipo de energía CA a CC .  En los motores de CC la conmutación requiere que algunas partes del motor froten con otras cuando el motor está funcionando, lo que  lo desgasta, en los motores de CA no se requiere la conmutación para su operación.

Motores de CAMonofásicos

Motor Fase partida normal• El motor de fase partida es uno de los distintos sistemas ideados para

el arranque de los motores asíncronos monofásicos. Se basa en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofásico por un bifásico, para que este pueda arrancar solo. El motor dispone de dos devanados, el principal y el auxiliar; además, lleva incorporado un interruptor centrífugo cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor.  Este desfase en las corrientes junto al desfase geométrico en la situación de las bobinas hace que el campo magnético resultante sea giratorio, aunque no circular; es decir, que no tiene la misma fuerza magnetomotriz en toda la circunferencia del estator. Por eso el par motor durante el arranque es débil, aunque suficiente para arrancar.

• Este campo giratorio induce corrientes en el arrollamiento rotórico, las cuales generan a su vez otro campo magnético. Ambos campos magnéticos reaccionan entre si y determinan el giro del rotor. 

Motor fase partida de condensador de arranque

• El motor de fase partida tiene muy poco par de arranque, lo que limita muchísimo su utilización. La solución pasa por mejorar el campo giratorio y para ello las corrientes de los devanados deben ser lo más parecidas posible en el arranque y  estar desfasadas en el arranque un valor próximo a 90º. Para ello podemos conectar un condensador en serie con el devanado de arranque, de forma que la intensidad de este devanado (IA) adelanta respecto a V y se desfasa mucho con respecto a IP.  El par de arranque aumentó notablemente y este motor se llama motor de fase partida con condensador de arranque.

• Una vez alcanzada la velocidad de régimen, el devanado auxiliar debe desconectarse

Motor fase partida doble condensadorEn aplicaciones más exigentes, en las cuales el par de  arranque debe ser mayor, el condensador  deberá tener más capacidad para que el par de arranque sea el suficiente. Esto se puede conseguir con dos condensadores:• Un condensador permanente siempre conectado en serie con uno de los

devanados.• Un condensador de arranque, conectando en paralelo (la capacidad equivalente

es la suma de ambos) con el permanente en el momento del arranque, para aumentar la capacidad, y que luego será desconectado.

• La secuencia de funcionamiento:• 1.- Se produce el arranque con ambos condensadores en paralelo (se suman las

capacidades) obteniendo alto par de arranque.2.- Cerca del punto de funcionamiento del motor, se elimina el condensador de arranque3.- El motor evoluciona hasta el punto 2 solo con el condensador permanente.

•  

Motor fase partida condensador permanente

• Este motor presenta dos devanados iguales (igual resistencia), pero en unos de ellos se conecta un condensador en serie, calculado para que en el punto nominal del motor, las corrientes de los devanados sean los más parecidas posibles y su desfase sea próximo a 90º. De esta forma el campo giratorio es casi perfecto y el motor se comporta a plena carga con un par muy estable y un buen rendimiento. Este motor solo es de aplicación ante cargas de bajo par de arranque

Motor monofásico Universal • Lo más destacante de este motor es que puede funcionar con CA o CC. El motor eléctrico

universal basa su funcionamiento en la ley de Laplace. El bobinado inductor y el bobinado inducido están conectados en serie.

• Al ser recorridos por una corriente, el bobinado inductor forma el campo magnético y el inducido por la ley de Laplace, al ser recorrido por la corriente y sometido a la influencia del campo magnético inductor, se desplaza, dando origen al giro del rotor.

• Si aumenta el campo aumenta la fuerza, aumenta la velocidad. El campo magnético que produce la bobina inducida, provoca una deformación del flujo inductor llamada reacción del inducido.

• En CA o en CC el sentido se mantiene por la acción momentánea de cada alternancia en particular. En CA produce una fuerza contraelectromotriz por efecto transformador y por efecto generador. En CD sólo por efecto generador.

•  Este motor posee un par de arranque muy elevado su velocidad es directamente proporcional a la corriente y se utiliza en herramientas manuales, electrodomésticosPara invertir el sentido de rotación, se invierte el sentido de la corriente en cualquiera de los bobinados.

Regulando su velocidad

Por reóstato Por conmutación de resistencias

Motor monofásico Espira de Fraguer• Este motor se utiliza cuando se requiere poca potencia y larga duración sin

mantenimiento, ya que no lleva escobillas.  Una sección de cada polo está provisto de un anillo de bronce llamado: espira de Frager o espira de arranque, donde las corrientes inducidas retrasan en su entorno el flujo magnético, lo suficiente como para proporcionar un campo giratorio es básicamente un motor con rotor tipo jaula que está formado por un estátor con un núcleo de polos salientes y el mencionado rotor de tipo jaula, este motor no lleva bobinado auxiliar, en su lugar tiene un par de espiras en cada polo formadas por unos aros de cobre en cortocircuito que cubren una porción de cada polo, se llaman espiras de arranque y están en oposición de fase, a 180º una respecto de la otra .

• Al aplicar una tensión eléctrica alterna, se genera un campo magnético de distinta fase a lo largo del interior del núcleo ferromagnético, la fase del campo generado en la parte del núcleo donde están las espiras en cortocircuito, es distinta de la del campo generado en el lado donde no hay espiras. La diferencia no llega ni a 90º pero es suficiente para que el flujo magnético coja una cierta inclinación, que al pasar a través de los polos del rotor, genera un par lo bastante fuerte como para hacerlo girar. Entre sus ventajas están: su bajo coste, una construcción simple y su consumo, entre las desventajas están su poca potencia, su escaso par y su baja eficiencia. Se utiliza por lo general en pequeños electrodomésticos que necesitan motores de poca potencia como los ventiladores de uso general, las platinas de tocadiscos de gran público, los ventiladores de aire acondicionado o los de ordenador.

Motores CA Trifásicos

Motores trifásico Asíncrono• Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente

alterna en el que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday

Motor Trifásico Síncrono• Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que

la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. 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". Este tipo de motor contiene electromagnetos en el estátor del motor que crean un campo magnético que rota en el tiempo a esta velocidad de sincronismo. Los motores síncronos se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante.

Motores a paso• Los motores paso a paso se pueden ver como motores eléctricos sin escobillas. Es típico que

todos los bobinados del motor sean parte del estator, y el rotor puede ser un imán permanente o, en el caso de los motores de reluctancia variable (que luego describiremos mejor), un cilindro sólido con un mecanizado en forma de dientes (similar a un engranaje), construido con un material magnéticamente "blando" (como el hierro dulce).

• La conmutación se debe manejar de manera externa con un controlador electrónico y, típicamente, los motores y sus controladores se diseñan de manera que el motor se pueda mantener en una posición fija y también para que se lo pueda hacer girar en un sentido y en el otro. Los motores paso a paso tienen un comportamiento del todo diferente al de los motores de corriente continua. En primer lugar, no giran libremente por sí mismos. Los motores paso a paso, como lo indica su nombre, avanzan girando por pequeños pasos. También difieren de los motores de CC en la relación entre velocidad y torque. Los motores paso a paso tienen una característica adicional: el torque de detención.