Download motores de c... alterna Motores de corriente

Bloque II: 5- Motores de corriente alterna
(Motores trifásicos)
1.- Introducción: Corriente alterna y red trifásica
Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y
dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más
comúnmente utilizada es la de una onda senoidal.
En ingeniería eléctrica un sistema trifásico es un sistema de producción,
distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas
monofásicas de igual frecuencia y amplitud que presentan una cierta diferencia
de fase entre ellas (120°). Cada una de las corrientes monofásicas que forman
el sistema se designa con el nombre de fase. (R, S, T)
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2. Constitución de los motores de corriente alterna

Rotor: parte móvil del motor. Formado por chapas magnéticas aisladas
y ranuradas exteriormente. En su devanado existen dos posibilidades:
Rotor de “jaula de
ardilla”: barras de cobre
o aluminio inyectadas en
las ranuras y unidas por
ambos extremo (motor
trifásico en cortocircuito)
Rotor
bobinado:
devanado trifásico similar
al del estator (motor de
rotor bobinado). Los
devanados
del
rotor
están
conectados
a
anillos
colectores
montados
sobre
el
mismo eje.

Estator: parte fija del motor. Formado por chapas magnéticas aisladas y
ranuradas interiormente que están unidas en una corona. Sobre las
chapas hay arrollados tres devanados iguales desfasados 2π/ 3p, siendo
p el número de pares de polos. Los devanados se encuentran
conectadas a la placa de bornes que se conecta a la red de
alimentación.

Entrehierro: Separación entre estator y rotor
http://www.youtube.com/watch?v=Lv9_04UlV4s
http://www.youtube.com/watch?v=x6_iN4Pj1-A
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3.- Funcionamiento del motor asíncrono de corriente alterna
El motor se conecta a la red de alimentación alterna a través de la placa de
bornes. La corriente eléctrica alterna crea un campo magnético giratorio en el
estator. Este campo magnético induce unas corrientes eléctricas en el rotor.
Como hay corriente eléctrica en el interior de un campo magnético se crea un
par de fuerzas (M) que hará girar al rotor del motor
http://www.youtube.com/watch?v=ZRGlAu0uCHY
4.- Magnitudes fundamentales de los motores de c.a.
4.1.- Par motor
La expresión que toma el par motor en un motor de corriente alterna trifásico
es:
M = K . . I1 cos φ
 = flujo magnético (Wb)
I1 = Intensidad de corriente en el rotor (A)
φ = ángulo que forman las tensiones y la intensidad de corriente en el rotor
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4.2.- Velocidad de sincronismo ns
El campo magnético resultante gira a una frecuencia de (f) vueltas por
segundo. Si la máquina tiene (p) pares de polos, la velocidad, expresada en
revoluciones por minuto, sería
ns = 60 . f / p
ns = velocidad de sincronismo (r.p.m)
f = frecuencia (Hz)
p = número de pares de polos
En función de esta velocidad los motores de corriente alterna se dividen en:
 Motores síncronos: el rotor gira a la velocidad de sincronismo. Este
motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente
proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo
alimenta.
Estos motores requieren ser llevados a la velocidad de sincronismo
mediante un motor o dispositivo auxiliar. Una vez que el rotor gira a esa
velocidad, el funcionamiento se hace normal, la acción de repulsión
entre el estator y el rotor suministra la fuerza necesaria para que el giro
continúe y solo se detendrá si se corta la corriente del rotor, del estator,
o de la si la fuerza a vencer es mayor que la que puede suministrar el
motor, en cuyo caso se dice que el mismo desengancha, debiéndose
hacer arrancar nuevamente si se quiere que siga funcionando.
En la práctica el arranque se consigue con un motor auxiliar de potencia
reducida o dotando al motor de un arrollamiento especial para que
arranque como asincrónico.
El motor síncrono es utilizado en aquellos casos en que los que se
desea velocidad constante. En nuestro medio sus aplicaciones son
mínimas y casi siempre están en relacionadas con sistemas de
regulación y control mas no con la transmisión de potencias elevadas.

Motores asíncrono: el rotor gira a una velocidad menor que la
velocidad de sincronismo.
En este caso el rotor seguirá el giro del campo magnético, pero a una
velocidad menor denominada n2. A la diferencia de velocidades del
campo y del rotor se le llama deslizamiento absoluto (d)
d = ns – n2
Si esta diferencia de velocidades se expresa en función del la velocidad
del campo magnético, se obtiene el deslizamiento relativo (S)
S = (ns – n2)/ ns
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Símil del motor asíncrono y síncrono
Animación sobre la velocidad de sincronismo en el campo magnético y
velocidad asíncrona en el rotor:
http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/animacionasincrono/motorasincr
ono.html
5.- Tensiones e intensidades de líneas o fases
Una línea trifásica consta de fases denominadas R, S, T. Dichas fases están
desfasadas entre sí 120º. Conforme a estas tres fases se define los siguientes
conceptos:
 Intensidad de línea: intensidad que circula por los conductores de la red
trifásica
 Intensidad de fase: intensidad que circula por cada bobina del motor
 Tensión de línea: diferencia de potencial o voltaje entre dos
conductores de la red trifásica
 Tensión de fase: diferencia de potencial o voltaje entre dos extremos de
cada bobina del motor
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6.- Conexiones
En los sistemas trifásicos hay dos tipos de conexiones para las bobinas de los
motores: la conexión en estrella y la conexión en triángulo.
6.1.- Conexión en estrella
En la conexión en estrella se
cumple:
6.2.- Conexión en triángulo
En la conexión en triángulo
se cumple:
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6.3.- Bornes
Los tres devanados del estator, sus principios y finales, se llevan a una caja de
bornes en la que se realizarán las conexiones.
Conforme se conecten las chapas metálicas de conexión, el motor se
conectará en estrella o en triangulo
El motor lleva en la placa de características dos tensiones (p.e. 230/400 V). El
menor valor corresponde con el valor de fase.
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7.- Balance de potencia
Al conectar un motor a la red, éste absorbe una potencia activa y una potencia
reactiva.
7.1.- Potencia activa (absorbida)
Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un
proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Se mide en
watios (W) y se designa con la letra P.
7.2.- Potencia reactiva (absorbida)
Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo
aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La
potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo. Se
mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.
7.3.- Potencia aparente
Es la potencia total absorbida por el motor. Resulta de la suma vectorial de la
potencia activa más la potencia reactiva. Se mide en voltiamperios (VA) y se
designa con la letra S.
P = S . cos φ
Q = S. sen φ
7.4.- Factor de potencia
El factor de potencia o cosφ indica la cantidad de potencia absorbida (S) que
se convierte en activa (P)
cosφ = P / S
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8.- Rendimiento
Si hablamos de potencia activa, el motor absorbe una potencia P. Los
motores de c.a., al igual que los de c.c., tienen las siguientes pérdidas:

Pérdidas en el cobre:
o En los conductores del estator: Pcu1 = 3. R1. (I1)2 (W)
o En los conductores del rotor: Pcu2 = 3. R2. (I2)2 (W)

Pérdidas en el hierro (PFe) debidas al ciclo de histéresis y alas pérdidas
por corrientes de Foucault

Pérdidas mecánicas (Pm) debidas al giro del rotor
La relación entre la potencia activa absorbida (P) y la potencia útil determina el
rendimiento del motor
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9.- Arranque del motor
Al conectar los motores a la red, éstos absorben una intensidad de corriente
muy elevada, lo que puede producir anomalías en las redes de distribución de
energía eléctrica.
Los motores de más de 0,75 kW están provistos de dispositivos de arranque,
de forma que no permitan que la relación de la corriente de arranque a la
nominal sea superior a un valor determinado, que está en función de la
potencia del motor.
Los procedimientos que se utilizan en el arranque se clasifican según el tipo de
motor, es decir, si el motor es de rotor de jaula de ardilla o es de rotor
bobinado.
9.1.- Arranque de motores de rotor de jaula de ardilla
A) Arranque directo
Las bobinas del estator se conectan directamente a la red de alimentación.
Pueden darse distorsiones en la red debido a que la intensidad de arranque es
del orden de 3 a 8 veces la intensidad nominal, mientras que el par de arranque
es de 1 a 1,5 veces el par nominal.
Sólo es válido para motores de poco potencia
http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/arranquedirecto/arranque.html
B) Arranque basados en disminuir la tensión de alimentación
Con el fin de limitar la intensidad y el par en el arranque, se disminuye la
tensión de alimentación. En todos estos sistemas la intensidad se reduce en la
misma relación que la tensión y el par en relación cuadrática
I = K. U
M = K1 .U2
B.1) Arranque estrella-triángulo
Se basa en la relación que existe entre la tensión de línea y la tensión de
fase. En el momento de establecer la conexión del motor a la red, se
realiza en él la conexión estrella por lo que el devanado del motor queda
sometido a una tensión
Cuando el motor alcanza una cierta velocidad de giro, se conecta en
triángulo pasando a aplicarle al motor la tensión de línea
http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/arranqueestretria/arranqueyt.ht
ml
http://www.youtube.com/watch?v=GZmqmzC2gB4
B.2) Arranque por autotransformador
Se utiliza un autotransformador para reducir la tensión en el momento del
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arranque. A medida que el motor acelera se aplica más tensión
http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/arranqueautotrafo/arranqueaut
otrafo.html
B.3) Arranque por resistencias estatóricas
Cosiste en intercalar en cada fase del motor una resistencia que se
reduce a medida que el motor adquiere velocidad
http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/arranqueestator/arranqueestat
or.html
B.4) Arranque electrónico
Mediante el uso de componentes electrónicos de potencia como los
tiristores.
9.2.- Arranque de motores de rotor bobinado
Los motores de rotor bobinado se arrancan intercalando varios grupos de
resistencia en el circuito del rotor, de forma que el motor arranca con toda la
resistencia intercalada. A medida que el motor adquiere velocidad se eliminan
grupos de resistencia hasta que alcanza la velocidad nominal.
10.- Regulación de la velocidad
Se puede variar la velocidad del motor actuando sobre alguna de las variables
de las que depende


Variando la velocidad de sincronismo, esto es, modificando el número de
pares de polos y cambiando la frecuencia.
Modificando el deslizamiento, cambiando la tensión aplicada al motor
11.- Frenado del motor
Frenado regenerativo. Se emplea en aplicaciones de montacargas y grúas
para limitar la velocidad de descenso. Consiste en que el motor pasa a trabajar
como generador.
Frenado dinámico. Consiste en desconectar el motor de la red y aplicarle una
corriente continua al devanado del estator. Esto produce un par opuesto al del
giro que hace que el motor frene.
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Bloque II: 6- Motores de corriente alterna
(Motores monofásicos)
12. Constitución de los motores monofásicos
En muchas aplicaciones industriales no se pueden utilizar los motores
trifásicos, pues el suministro de energía eléctrica es monofásico. Por ello, se
necesitan motores monofásicos.
Se caracterizan porque en el estator existen dos devanados:
 El devanado principal o de trabajo
 El devanado auxiliar o de arranque. Se encuentra desfasado 90º
eléctricos con respecto al devanado principal. Gracias a este desfase
entre devanados se produce un campo magnético giratorio que provoca
el arranque del motor.
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Recapitulación
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