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MOTORES ELECTRICOS
PARA LA INDUSTRIA
Ing. José H. Rosales Fernández
MOTOR ELECTRICO
Los motores eléctricos son máquinas
eléctricas rotatorias que transforman la
energía eléctrica en energía mecánica.
PARTES DE UN MOTOR
ELECTRICO
PARTES DEL MOTOR
Estator
- Constituye la parte fija del motor, elemento que
opera como base permitiendo la rotación del motor.
- El estator no se mueve mecánicamente, pero si
magnéticamente.
Existen dos tipos:
a) Estator de polos salientes.
b) Estator ranurado.
El estator está constituido por un conjunto de láminas
de acero al silicio, que permite que pase a través de él
el flujo magnético con facilidad; aloja los devanados
llamados polos magnéticos.
Los polos de un motor siempre son pares.
Rotor
Constituye la parte móvil del motor.
Es el elemento de transferencia mecánica, ya
que de él depende la conversión de energía
eléctrica a mecánica. Los rotores, son un
conjunto de láminas de acero al silicio que
forman un paquete, y pueden ser básicamente
de tres tipos:
a) Rotor ranurado
b) Rotor de polos salientes
c) Rotor jaula de ardilla
Tipos de bobinas
Un motor monofásico tiene dos grupos
de devanados en el estator:
• Devanado principal o devanado de trabajo.
• Devanado auxiliar o de arranque.
Estos dos devanados están conectados
en paralelo, al voltaje de línea.
El devanado de trabajo está formado por
conductores gruesos y tiene más espiras que el
devanado de arranque, el devanado de arranque
tiene menos espiras de sección delgada.
Carcasa.
Es la parte que protege y
cubre al estator y al rotor.
a) Totalmente cerrada
b) Abierta
c) A prueba de goteo
d) A prueba de explosiones
e) De tipo sumergible.
Caja de Conexiones.
La caja de conexiones (placa
de bornes) que protege a los
conductores que alimentan al
motor, resguardándolos de la
operación mecánica del
mismo.
VIDEO
Introducción a los motores eléctricos
Clasificación motores de corriente directa
Concepto básico que debe conocerse:
Funcionamiento con carga y en vacío.
• Un motor funciona con carga al realizar
un determinado trabajo (jalando,
empujando objetos o soportando
cualquier resistencia externa o carga)
que lo obliga a absorber energía mecánica.
Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia al
batir mayonesa; el motor de una grúa soporta las
cargas que eleva, los elementos mecánicos de la
grúa,…; el motor de un coche eléctrico soporta
numerosas cargas: el peso de los pasajeros, el peso
del propio vehículo, la resistencia que ofrece la
superficie del terreno,…
• Un motor funciona en vacío, cuando el motor no
está arrastrando ningún objeto, ni soportando
ninguna resistencia externa.
En este caso, el par resistente se debe
únicamente a factores internos.
Los motores de corriente continua se clasifican
según la forma de conexión de las bobinas
inductoras e inducidas entre sí.
Motor
Motor
Motor
Motor
de excitación independiente.
serie.
de derivación o motor shunt.
compoud.
Motores de corriente continua:
-Motor
-Motor
-Motor
-Motor
de excitación independiente.
serie.
de derivación o motor shunt.
compoud.
APLICACIONES DEL MOTOR DE CORRIENTE
CONTINUA:
• Trenes de laminación reversibles.
• Trenes Konti. Son trenes de laminación en
caliente con varios bastidores.
• Cizallas en trenes de laminación. Potencia: 9,2 KW/ 12 CV
• Motores para la industria del papel.
• Máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores,
ferrocarriles.
•Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras,
bobinadoras, tornos grandes.
•Grúas que requieran precisión de movimiento con carga
variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de
corriente alterna).
SERVOMOTORES
Un servomotor es un motor de corriente
continua que tiene la capacidad de ubicarse
en cualquier posición dentro de su rango de
operación, y mantenerse estable en dicha
posición.
La Misma Potencia
con Ahorro para
la Industria
Partes de un servomotor
Motor de corriente continua, es el elemento que le
brinda movilidad al servo. Cuando se aplica un
potencial a sus dos terminales, este motor gira en un
sentido a su velocidad máxima. Si el voltaje es
inverso, el sentido de giro también se invierte.
Engranajes reductores
Se encargan de convertir gran parte
de la velocidad de giro del motor
de corriente continua en torque o
fuerza.
Circuito de control
Este circuito es el encargado del control de la
posición del motor. Recibe los pulsos de entrada y
ubica al motor en su nueva posición dependiendo de
los pulsos recibidos.
Funcionamiento
El sistema servo se
comunica mediante
pulsos eléctricos a
través de un circuito
de control para
determinar el ángulo de posición del motor.
La longitud del pulso determinará los giros de motor.
Las aplicaciones específica se hacen mediante
programas (BasicX24, Basic Stamp o Atom Pro,
etc) y podría ser en forma inalámbricas.
Dicho accionamiento aplica la cantidad de potencia
necesaria sobre el motor para de esa forma mover la
carga.
Aplicaciones
La aplicación de los servomotores
depende del trabajo a realizar.
-Trabajo de etiquetado de
productos
-Automatización de plantas para
producto farmacéuticos y/o
alimenticios.
-Cadena de producción de
vehículos.
-Maquinas para cortar con laser.
-etc.
Ventajas
-Utiliza la energía necesaria para realizar un determinado trabajo
-El giro y su velocidad son controladas en forma proporcional.
-Tienen mayor capacidad de sobrecarga de trabajo, entre 300 y
400 por ciento más, haciéndolos más rápido y potente que su
velocidad y torque nominal.
-Requieren menor mantenimiento a falta de fricción.
-El tamaño de los servomotores es menor (entre 40 y 50 por
ciento más livianos que los hidráulicos), esto no incide en su
potencia.
-Tiene buena capacidad de torque.
-En fuerza y potencia, igualan a los motores mecánicos e
hidráulicos.
-Gracias a estas habilidades, los servos se usan en aplicaciones
como corte.
Motores de corriente
alterna
Por el fácil manejo de
transmisión, distribución y
transformación de la C.A,
se ha constituido en la
corriente con más uso en la sociedad moderna. Es
por ello que los motores de C.A, son los más
normales y con el desarrollo tecnológico se ha
conseguido un rendimiento altísimo que hace que
más del 90 % de los motores instalados sea de C.A.
Motores de corriente Alterna
• Motores síncronos. Los motores síncronos son
motores de corriente alterna en el que la rotación
del eje está sincronizada con la frecuencia de la
corriente de alimentación
• Motores asíncronos. Los motores asíncronos son
motores de corriente alterna en el que la rotación
del eje es menor que la frecuencia del campo de
sincronismo.
•
MOTOR MONOFÁSICO:
• De bobinado auxiliar.
En este motor utilizará un devanado auxiliar
que solo se conectará durante el arranque,
después funcionará únicamente con el
devanado de trabajo.
Aplicación:
Es muy utilizado en los compresores de los
frigoríficos que tenemos en nuestras casas.
• Universal.
El motor monofásico universal es un tipo
de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente
continua (C.C.) como con corriente alterna. (A.C.)
Aplicación:
Se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo
tipo, electrodomésticos pequeños, etc
• De espiras en cortocircuito.
Este motor puede arrancarse
directamente por si mismo, lo que se
consigue por el efecto que producen las
llamadas espiras en cortocircuito. El
sistema consiste en dividir los polos en
dos partes desiguales.
Aplicaciones
Por su variedad de potencia y tamaño son muy usados en
la industria no siendo así en el sistema residencial y
doméstico debido fundamentalmente a que en este sector
no llega la corriente trifásica. En la industria se emplean
para accionar máquinas-herramienta, bombas,
montacargas, ventiladores, extractores, elevadores, grúas
eléctricas, etc..
MOTOR TRIFÁSICO.
Es una máquina eléctrica rotativa, capaz
de convertir la energía eléctrica trifásica,
en energía mecánica.
La energía eléctrica trifásica origina
campos magnéticos rotativos en el
bobinado del estator lo que provoca que
el arranque de estos motores no necesite
circuito auxiliar, son más pequeños y
livianos que uno monofásico.
Los motores eléctricos trifásicos, se
fabrican de diversas potencias, desde
una fracción de caballo hasta varios miles
de caballos de fuerza (HP).
Ventajas
En diversas circunstancias presenta muchas ventajas:
•A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
•Se pueden construir de cualquier tamaño.
•Tiene un par de giro elevado.
•Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al
75%, a más).
•No emite contaminantes.
•Máquinas que pueden trabajar con 2 tensiones 400V y
230 V.
•El control de la velocidad es de forma electrónica.
Motor trifásico:
-De rotor bobinado
El rotor devanado o bobinado,
como su nombre lo indica, lleva
unas bobinas que se conectan a
unos anillos deslizantes colocados
en el eje; por medio de unas
escobillas se conecta el rotor a
unas resistencias que se pueden
variar hasta poner el rotor en corto
circuito al igual que el eje de jaula
de
ardilla.
-Rotor
en cortocircuito
(jaula de ardilla)
Un rotor de jaula de ardilla es
la
parte
que
rota
usada
comúnmente en un motor de
inducción de corriente alterna.
Un
motor
eléctrico
con
un
rotor
de
jaula
de
ardilla
también
se
llama
"motor de jaula de ardilla".
En su forma instalada, es un
cilindro montado en un eje.
Las aplicaciones típicas de los motores trifásicos de
inducción con rotor jaula de ardilla.
Comprenden las bombas centrífugas de impulsión,
las máquinas herramientas , sopladores y fajas
transportadoras.
El motor está diseñado para servicio pesado de
arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas
como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par
con aplicación a carga repentina la regulación de
velocidad en esta clase de motores es la peor.
La clasificación de el uso de los motores en la industria está en
función al trabajo que realizará (característica de la carga)
En todas estas máquinas, los torques de arranque son
diferentes y con toda seguridad, los ciclos de trabajo varían de
una instalación a otra.
Ventiladores:
Tecnología: trifásico, 8 polos, 2 polos, 4 polos, 6 polos
Voltaje: 400 V, 380V
Aplicaciones: para la industria química, de ventiladores, para
máquina herramienta, para la industria minera, para
aplicaciones de bombeo
Par:
Mín.: 2.5 Nm (1.84 ft.lb)
Máx.: 3205 Nm (2363.89 ft.lb)
Potencia:
Mín.: 0.18 kW (0.24 hp)
Máx.: 375 kW (502.88 hp)
Velocidad de rotación: Mín.: 695 rpm (4366.81 rad.min-1)
Máx.: 2980 rpm (18723.89 rad.min-1)
CARACTERISTICAS IMPORTANTE EN LOS
MOTORES TRIFÁSICOS
Par motor:
Es el momento de fuerza que
ejerce un motor sobre el eje de
transmisión de potencia.
Par de arranque:
Es el que desarrolla el
motor para romper la
inercia y comenzar a girar.
Par nominal:
Es el que produce el motor
para desarrollar sus
condiciones de trabajo.
Rendimiento:
El rendimiento es un concepto as
ociado al trabajo realizado por
las máquinas, buen rendimiento
con poco trabajo.
PLACA DE CARACTERISTICAS
Cada motor debe contar con una placa de características,
fácilmente visible y firmemente sujeta al motor
IM B5 SIEMENS
La velocidad nominal de rotación del motor es la
velocidad que indica el fabricante, se diferencia de la
velocidad de sincronismo en el deslizamiento nominal
SN.
SN = (nS – nN) 100/ nS
siendo: SN = deslizamiento nominal (%)
nS = velocidad de sincronismo (rpm)
nN = velocidad nominal de rotación (rpm)
El par motor nominal se calcula de la siguiente forma:
MN = 9,55 x PN (•
1.000/ nS)
MN = par motor nominal (Nm)
nS = velocidad sincrónica (rpm)
PN = potencia nominal (kW)
El par motor o torque es el momento de fuerza que
ejerce un motor sobre el eje de transmisión de
potencia o, dicho de otro modo, la tendencia de una
fuerza para girar un objeto alrededor de un eje,
punto de apoyo, o de pivote.
La potencia desarrollada por el par motor es
proporcional a la velocidad angular del eje de
transmisión, viniendo dada por:
P= Mw
donde:
• P es la potencia (en W)
• M es el par motor (en N·m)
• w es la velocidad angular (en rad/s)
SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE MOTORES
ELÉCTRICOS
GESTIÓN INICIAL
Siempre que se necesite adquirir un motor eléctrico,
hay que tener en cuenta lo siguiente:
1.¿Es una instalación nueva o existente?
2.¿Cuáles son las condiciones de la red eléctrica?
3.¿Cuál es la carga que el motor va a accionar?
4.¿Cuáles son las condiciones medioambientales?
5.¿Cuál va a ser el tiempo de recuperación de la
inversión?
6.¿Qué tipo de normas debe cumplir el motor?
7.¿Cómo va a ser hecho el arranque del motor?
Obviamente, ¿Cuáles son las características de
potencia y velocidad requeridas del motor?
EL MOTOR
Dentro del universo de motores eléctricos, el motor
trifásico de inducción jaula de ardilla, es el que más se
usa en el ámbito industrial.
Característica:
Bajo costo
Bajo mantenimiento
Fácil de adquirir
Alto grado de protección
Pocos componentes
Robusto
Por carecer de chispas internas, puede instalarse en
ambientes de riesgo.
• Con el avance de la electrónica de potencia, hoy en
día se puede variar la velocidad, llegando incluso a
desplazar el motor de corriente continua.
•
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•
•
•
•
•
LAS NORMAS
Existen dos normas bajo las cuales se fabrican los
motores.
• IEC Comisión Electrotécnica Internacional que es
acogida por la gran mayoría de países y
especialmente los europeos (dimensiones IEC
son en milímetros).
• NEMA Asociación Nacional de Fabricantes de
Equipos Eléctricos. Es una norma nacional de
Estados Unidos, pero es común en muchos países
(dimensiones NEMA en pulgadas).
EL LUGAR DE INSTALACIÓN.
Por norma, todos los motores están diseñados para
operar en un ambiente con temperatura no
superior a 40 ºC y en una altura no superior a
1000 metros sobre el nivel del mar.
La instalación por encima de estas condiciones
hará que el motor deba ser operado a una carga
menor de la nominal.
Las propiedades refrigerantes disminuyen, a mayor
altitud, el aire toma una densidad mayor y se
tendrá menor flujo de aire.
LA CARGA
La carga es la que define la potencia y velocidad del
motor.
• Es conveniente hacer un estudio de cuál será el
momento de inercia, la curva Par-Velocidad de la
carga; para definir cómo será el comportamiento
dinámico del motor con su máquina de trabajo.
• Las máquinas como bombas y ventiladores tienen
un comportamiento específico diferente de
molinos, trituradoras y diferente de bandas
transportadoras o de máquinas herramientas o
elevadores. En todas estas máquinas, los torques
de arranque son diferentes y con toda seguridad,
los ciclos de trabajo varían de una instalación a
otra.
LA RED
Las principales características que identifican un red
eléctrica son la tensión (voltaje) y frecuencia.
En el Perú tensión normalizada es 60 Hz.
Por lo usual la red industrial es la trifásica de la cual se
puede extraer dos tensiones 400 voltios y 230 voltios.
EL ARRANQUE
Uno de los momentos más críticos para el motor, la red y
la carga es el arranque.
Existen los siguientes tipos de arranque:
1. Directo. El motor tendrá una corriente de arranque
normal y un par de arranque normal.
2. Estrella-Triángulo. La corriente y el torque se reducen
a la tercera parte (hasta tres veces la corriente nominal).
3. Por Autotransformador. El autotransformador es
fabricado para entregar al motor una tensión menor de
la nominal (puede estar entre el 30% y el 70% )
dependiendo de la aplicación.
4. Arranque electrónico suave. En este método, el
arrancador alimenta el motor con una tensión reducida y
gradualmente aumenta la tensión hasta la tensión de
régimen.
ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO
El procedimiento más utilizado en el arranque de los
motores trifásicos, es el estrella triángulo (> a 10 HP)
El objetivo es que la red no se desestabilice por las altas
corrientes consumidas durante el arranque directo.
POTENCIA Y EFICIENCIA DEL MOTOR
Un motor eléctrico es una máquina que transforma potencia
eléctrica tomada de la red en potencia energía mecánica en el
eje.
La potencia eléctrica obedece a la siguiente relación
P = √3 * V * I * Cos φ donde P: Potencia en kW
V: Voltaje o tensión en voltios
I: corriente en amperios
Cos φ: Factor de potencia
La potencia mecánica obedece a la siguiente relación
P = T * n / 9550
donde P: Potencia en kW
T: torque en Nm
El torque es la capacidad del motor de hacer girar cargas.
Al seleccionar un motor, lo primero que se debe considerar es
cuál es la velocidad de rotación y cuál será el torque requerido
del motor.
EFICIENCIA
Capacidad para realizar o cumplir adecuadamente una
función
Toda máquina consume más potencia de la que entrega,
por lo que es importante que consideremos el término de
eficiencia. La potencia que el motor consume y no
convierte en potencia de salida son pérdidas.
La eficiencia se calcula según la siguiente relación
η = Ps / Pe
donde: Ps es la potencia de salida,
(potencia en el eje)
Pe es la potencia de
entrada (potencia eléctrica)
De esta forma, a mayor eficiencia, menor desperdicio y
consecuentemente menores costos de operación.
VIDEO
Autos Eléctricos