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Electrotecnia y Electrónica Industr Motores Motores Son máquinas que transforman la energía eléctrica en energía de movimiento (Energía Mecánica). (M. Circular) Los motores se pueden clasificar según su tipo de alimentación en: Motores de Corriente Continua (Pueden ser de 12v, 24v, etc.) Motores de Corriente alterna: Motores Monofásicos (220v en Argentina, 110v en EEUU) Motores Trifásicos (380v y tres fases) La Potencia de un motor nos da una idea de la fuerza que este puede ejercer sobre otra máquina, siendo esta la potencia útil o de salida o mecánica; y se mide en caballo vapor (C.V.), siendo esta la unidad de medida utilizada en Argentina y Europa. Otra unidad de medida es el H.P. (Horse Power), utilizada en los países como Estados Unidos, el Reino Unido, Australia. Un HP equivale aproximadamente a un CV (HP≡CV). Nosotros consideraremos lo siguiente 1 HP ≡ 1CV ≡ 750 watt ≡ 0,75 Kw La potencia de entrada de entrada de un motor está suministrada por la energía eléctrica (Pe), parte de la energía es transformada en energía mecánica o útil (Pm), y la otra se pierde en rozamiento, calor, inducción. De esta forma podemos relacionar las dos potencias, Pe y Pm), y determinar el rendimiento del motor de la siguiente forma: Rendimiento η= 𝑃𝑚 𝑃𝑒 𝑃𝑢 = 𝑃𝑒 Rendimiento porcentual η% = Pu = Potencia útil 𝑃𝑚 𝑃𝑒 𝑃𝑢 𝑃𝑒 = Según su potencia podemos clasificar a los motores en: Motores de Baja potencia (hasta 1 CV) Motores de media potencia (de 1 CV hasta 10 CV) Motores de gran potencia (más 10 CV) Características de los motores Frecuencia de la red. Para los motores de alterna es importante distinguir la frecuencia de red a la que trabajan que dependerá del país de origen. Para motores nacionales será de 50 Hz, para motores importados por ejemplo de Estados Unidos será de 60 Hz. Tener presente que los países que tienen una tensión de 110 v la frecuencia de la red es de 60 Hz y los países que adoptaron 220v tienen asociado una frecuencia de 50 Hz. Factor de Potencia. 1 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores Como sabemos cuándo se presentan cargas inductivas como las de los motores, la corriente se desfasa con respecto a la tensión, ocasionando inconvenientes en el suministro de energía y pérdidas adicionales de potencia. Una forma de medir el factor de potencia es utilizando una relación trigonométrica llamada “coseno de Fi”, cos φ. Este puede tomar valores de 0 a 1. Energía SJ tolera que el valor no sea inferior a 0,8. Afortunadamente este puede corregirse en aquellos casos que el valor sea inferior a 0,8, con la utilización de un capacitor en paralelo. Velocidad de Giro. Este parámetro me indica las vueltas que realiza el motor en una unidad de tiempo, la unidad de medida más usual es revoluciones por minutos, rpm; aclarando que se llama una revolución cuando realiza un giro el motor. Por ejemplo un motor con 500 rpm me indica que en un minuto gira 500 veces. Partes del Motor. Básicamente todos los motores tienen dos partes: Rotor: Se le denomina a todas las piezas que tienen movimiento o la posibilidad de girar (parte móvil) Estator: Son todas las piezas que no tienen movimiento, como la carcasa. Valores nominales: Son los valores o parámetros en la que el motor puede trabajar correctamente, esa información la proporciona el fabricante. Tensión nominal o de trabajo: Es la tensión a la que el motor trabajará satisfactoriamente Corriente nominal: Es la intensidad de corriente que circula por el motor cuando este gire a la velocidad de trabajo. Rango de Velocidad de trabajo: Son las revoluciones por minuto en las que el motor puede trabajar sin alterarse ningún parámetro. Corriente de arranque. Una propiedad de los motores es que cuando este gira se crea en el rotor una fuerza contra electromotriz, “fcem” (proporcional a la velocidad de giro), que se opone a la circulación de la “corriente nominal”. Cuando el motor está detenido y se aplica una fem al motor, en ese estado inicial la fcem es nula, por lo cual no existe la limitación de corriente anterior y en consecuencia la corriente es mucho mayor que la corriente nominal. A la corriente inicial se la llama corriente de arranque (Ia). Ia >> In Principio de Funcionamiento de los motores de corriente continua. 2 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores En estos motores en el estator se forma mediante imanes (para motores muy chicos), o bobinados (electroimanes); un campo magnético con sus líneas que van desde el polo norte hacia el polo sur. Dentro de ese campo magnético se coloca un bobinado con la posibilidad de girar, si a ese bobinado se le hace circular una corriente en este se creará un electroimán con un campo magnético propio que interactuará con el campo magnético del estator. Como sabemos que polos iguales se repelen y distintos se atraen, y que el rotor tiene una sola posibilidad de movimiento que es la de girar, entonces el rotor comenzará a girar cada vez que circule una corriente por el mismo por la interacción de los campos del estator con la del rotor. El suministro de energía al rotor (bobinado), se hace a través de dos carbones (o escobillas en motores muy pequeños); y dos delgas donde se conecta los extremos del bobinado rotórico. En los motores actuales se presentan varios bobinados rotóricos por lo que se hace necesario aumentar la cantidad de delgas según el tipo de bobinado que se realice (imbricado o mixto); al conjunto de delgas se le llama colector y forma un anillo que gira junto con el rotor; a este anillo de delgas llamado colector, los carbones hacen contacto por presión de un resorte que están ubicados diametralmente. 3 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores Tipos de Motores de C.C.: De excitación independiente: En estos motores el estator, también llamado excitación; se alimenta con una batería distinta al que usa el bobinado rotórico. Motores de Conexión Paralelo. En estos motores, la excitación (estator) se conecta a la bobina rotórica en forma paralela; utilizando una sola batería para alimentar el motor. Motores de Conexión Serie (Motor Universal). En estos motores el estator y el rotor se conectan en serie. Estos motores también llamados Motores Universales porque también pueden conectarse a la corriente alterna respetando la tensión nominal del motor (tensión de trabajo). Motores de Conexión Mixta o Compound. 4 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores En estos motores se presentan dos bobinados estatóricos, uno serie y otro paralelo. La utilización de estos permite aprovechar las conveniencias que presentan los motores series y paralelos. Hay dos tipos de motores mixtos dependiendo de la combinación que se realice. Motores de Corriente Alterna Podemos destacar tres tipos de motores. Universal. (Motor serie que posee carbones y un colector), se utilizan en los motores de taladros eléctricos, amoladoras. Monofásico, también llamado de inducción, (no poseen carbones); se los utiliza en ventiladores motores de lavarropas, etc. Trifásicos: Son motores de mayor potencia que pueden trabajar en configuración estrella –triángulo. Motores Monofásicos Funcionamiento: Posee dos bobinados en el estator, uno llamado bobinado de trabajo, otro llamado bobinado de arranque; la corriente alterna por sus características alternantes al circular por estos bobinados crea dos campos magnéticos alternantes de la misma forma que la corriente. Al bobinado de arranque se le conecta un capacitor en serie que desfasará la corriente con respecto a la corriente que circula por el bobinado de trabajo. En resumen aparecen dos campos magnéticos desplazados físicamente y desfasado debido a la inclusión del capacitor. En el rotor tenemos una bobina cerrada, que debido a los campos magnéticos del estator se genera una corriente en el rotor, (debido al principio del transformador); esta corriente inducida que circula en el bobinado del rotor provoca en el mismo un campo magnético llamado campo rotórico, que interactúa con los campos del estator. Producto de interacción, (por atracción y repulsión magnética), aparece el movimiento del motor. 5 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores Cambio de sentido de giro: Si se invierte la conexión del bobinado de arranque, como se ve en la figura. Cambiando la fase por el Neutro el motor cambiará de sentido de giro Aclaración: En la figura 2 y 3 por razones de simplicidad en el análisis no se dibujó el capacitor, pero este tiene que estar en la conexión. Motores Trifásicos Los motores trifásicos constan de tres bobinados en el estator que se conectan a las tres fases (R, S, T); estos bobinados pueden conectarse en estrella o triángulo. En la figura anterior las tres fases se conectan R a U1, S a V1 y T a W1. Cambio del sentido de giro: Si queremos cambiar el sentido del giro en estos motores se permuta la conexión entre dos fases; por ejemplo R en vez de conectarlo a U1, lo conecto a W1, y T lo conecto a U1. En la siguiente figura se utilizan dos llaves tripolares, en donde mientras una está cerrada (KM1), la otra está abierta (KM2) y el motor gira en un sentido. Si se conmutan las llaves, abriéndose KM1 y cerrándose KM2, el motor cambiará el sentido de su giro 6 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores Los motores de gran potencia se conectan en configuración estrella porque la corriente al momento de arrancar es menor (ya que por cada bobinado se aplica 220 volt) y de esta manera evitamos problemas en las líneas eléctricas de las instalaciones, (recordamos que cuando arranca un motor la fcem es nula y la corriente de arranque es varias veces mayor a la corriente nominal o de trabajo); cuando el motor alcanza una velocidad considerable se cambia la configuración de conexión a triángulo. De esta manera se aplica tensión trifásica a cada bobinado aumentando la corriente nominal y en consecuencia la potencia, ya que esta es P = V. I En las figuras se muestran distintos esquemas de conexión para pasar de Estrella a Triángulo. 7 Electrotecnia y Electrónica Industr Motores 8