INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”
EXTENSIÓN SAN FELIPE
MAQUINAS DE CA
Bachilleres.
Angel Camacho CI 13.986.303
Luis Urbina CI. 24.797.397
Luis Urbina CI. 24.797.397
Porf.
Marienny Arrieche
MOTOR DE INDUCCIÓN ROTOR DEVANADO
Partida
suave, Velocidad de ajuste Horizontal y vertical, con potencias entre 300 y
20.000 HP.
Los
motores de inducción con Rotor Devanado, a pesar de costos más elevado, son
comparados con los motores de jaula de ardilla, porque hacen posibles
importantes ventajas de aplicación por encima de estos. Históricamente han sido
utilizados para partir cargas de alta inercia o que exijan conjugados de
partida elevados, o aunada, cuando el sistema de accionamiento requiere
partidas suaves. Con reóstato líquido o con un sistema estático de control de
velocidades, los motores anteriores son una importante alternativa donde se
requieren fases limitadas de control de velocidades.
COMPONENTES
1. Rotor y eje del motor
2.Chaveta
3.Escudo delantero
4.Junta caja de Bornes IP55
4a.Junta caja de Bornes IP65
4b.Junta caja de Bornes IP65
5.Tapa caja de Bornes IP55
5a.Tapa caja de Bornes IP65
5b.Tapa caja de Bornes IP65
6. Tornillos caja de bornes
13b.Rodamiento posterior
14a.Carcasa B3
14b.Carcasa B5
15.Tornillos capot ventilador
16a.Retén anterior
16b.Retén posterior
17.Tapa exterior del rodamiento
delantero
18.Tapa interior del rodamiento
delantero
19.Tapa exterior del rodamiento
trasero
7.Prensaestopa
8.Escudo posterior
9.Ventilador de refrigeración
10.Tapa del ventilador
11.Abrazadera del ventilador
12.Arandela ondulada de acero para
compensación
13a.Rodamiento anterior
20.Tapa interior del rodamiento
trasero
21.Bobinado del estator
22.Brida B5
23.Brida B14
24.Placa de bornes con componentes de
metal
25.Arandela espaciadora
26.Espárragos y tuercas
FLUJO DE ONDA DE F.M.M EN
MAQUINAS DE INDUCCIÓN
Es
aquella capaz de producir un flujo magnético entre dos puntos de un circuito
magnético. Es una de las variables usadas para describir un campo magnético.
El
flujo de onda de FM en máquinas de inducción La onda de f.m.m. correspondiente
varía sinusoidalmente con el tiempo o. Cada componente de f.m.m. es una
pulsación sinusoidal, estacionaria, distribuida alrededor del entrehierro con
un valor máximo localizado justamente en el eje magnético de su fase, con una
amplitud proporcional a la corriente instantánea de la fase. Cada componente
puede ser dibujada como un vector de longitud variable, y proporcional a la
corriente de fase, ubicada en el eje magnético de la fase. La f.m.m. resultante
es, por supuesto, la suma de las tres componentes de cada una de las fases.
La
Fuerza magnetomotriz se puede entender de manera análoga al voltaje eléctrico
de la ley de Ohm. Esto está expresado en la ley de Hopkinson.
CIRCUITO EQUIVALENTE
Define
el comportamiento dinámico de las corrientes de la máquina sincrónica en
convención motor, se puede modelar la máquina mediante cuatro circuitos
eléctricos acoplados por términos de generación y transformación, mediante
transformadores y fuentes de tensión dependientes de corriente. Durante
la operación equilibrada en régimen permanente, las corrientes id, iq e i f son
constantes en el tiempo, y la corriente i0 es nula. De esta forma, el circuito desacoplado
correspondiente a la secuencia cero no tiene influencia, y las inductancias del
resto de los circuitos no producen caída de tensión. La corriente del campo se
puede calcular evaluando el cociente entre la tensión aplicada al campo y la
resistencia de esta bobina. Los dos circuitos restantes, correspondientes al
eje directo y cuadratura, están configurados tan sólo mediante resistencias y fuentes
de tensión dependientes de corrientes que circulan por otros circuitos.
El
circuito equivalente fasorial de la máquina sincrónica de polos salientes en
régimen permanente equilibrado es:
POTENCIA Y PAR ELÉCTRICO
Para
calcular del par eléctrico se puede utilizar las expresiones 5.40 o 5.61. Sin
embargo, las variables independientes
de esta ecuación son ficticias, por esta razón es conveniente expresar el par y
la potencia eléctrica mediante variables asociadas con el diagrama fasorial.
Las máquinas sincrónicas tienen rendimientos muy altos, particularmente cuando
son de gran potencia. En una máquina sincrónica típica, la potencia mecánica en
el eje es prácticamente igual a la potencia eléctrica en bornes de la máquina.
Empleando esta aproximación es posible desarrollar expresiones del par y de la
potencia eléctrica dependientes de variables medibles en la práctica. Con estas
condiciones se tiene:
La potencia eléctrica se determina de la siguiente
forma:
Pe(t) =
vaia+vbib+vcic = vdid +vqiq+v0i0 (5.79)
En régimen permanente equilibrado, las corrientes y
las tensiones en coordenadas transformadas son independientes del tiempo. La
corriente y la tensión de secuencia cero son nulas. La potencia eléctrica se
calcula como:
Pe(t) = vdid +vqiq = p 3Vd p 3Id +p3Vqp3Iq
= 3(VdId +VqIq) (5.80)
Despreciando la caída de tensión en
la resistencia Re en el diagrama fasorial representado en la
figura
5.6, se deducen las siguientes relaciones:
Ve sind = XqIq )Iq = Ve sind/Xq
Vd =Ve sind
Vq =Ve cosd
ROTORES EMBOBINADOS
En
los motores de rotor bobinado, el arrollamiento rotórico está constituido por
unas bobinas de hilo de cobre por lo general. Y cuyos extremos están
conexionados a unos anillos (anillos
rozantes) por los que se alimentaran las bobinas. Para el arrollamiento del
rotor se utilizan, conductores de sección
circular o rectangular, aislados generalmente con doble capa de algodón o barnices apropiados e introducidos en las
ranuras y aislados de ellas y entre sí, por medio de presspan, tela aceitada,
etc...
Antes
de describir los procedimientos de fijación de los arrollamientos del rotor,
será conveniente revisar las formas de ranuras existentes y los métodos para
aislar los conductores en las ranuras. En los motores de rotor bobinado se
emplean ranuras abiertas y sobre todo semicerradas de forma rectangular con una
profundidad de aproximadamente 3 a 4 veces el ancho.
Las
ranuras abiertas tienen la ventaja de
que las bobinas que se han construido previamente, pueden colocarse en su
posición a través de la parte superior de la ranura y de esta manera el arrollamiento
queda montado en poco tiempo; además las bobinas pueden sacarse fácilmente en
caso de reparación o de sustitución.
Pero
las ranuras abiertas aumentan la reluctancia del circuito magnético por lo que
en muchas ocasiones, resultan más adecuadas las ranuras semicerradas ; estas
ranuras permiten que se inserten en ellas bobinas previamente construidas, pero
éstas han de tener un ancho no superior a la mitad del ancho de ranura, por lo
que el montaje del arrollamiento será algo más costoso. De todas formas y
debido a las mejores condiciones magnéticas obtenidas con las ranuras
semicerradas, éstas son las más utilizadas en los motores de rotor bobinado
para medianas y grandes potencias. Si observamos la
apariecia de las ranuras en forma rectangular, se ve inevitablemente dientes de forma trapezoidal,
estrechos en la base y más anchos en la cabeza: esta forma no es la mejor desde
el punto de vista magnético, ya que en la base del diente existirá mayor
densidad de flujo magnético y si se quiere evitar la saturación magnética
indebida en la base del diente, el resto de éste no se utilizará a pleno
rendimiento; por otro lado, existe el peligro de que si la base del diente es
demasiado estrecha puede quedar sometida a un excesivo esfuerzo mecánico cuando
gira la máquina.
Cuanto
menor es el diámetro del rotor, mayor será el estrechamiento del diente debido
a la forma rectangular de las ranuras; por esta razón, los rotores para motores
de pequeña potencia se construyen con dientes paralelos y ranuras trapezoidales.
sta forma de ranuras no puede contener adecuadamente los conductores de sección
rectangular pero resulta muy apropiada para alojar conductores de sección
circular que son, precisamente, los que se emplean para máquinas de pequeña
potencia.
Se
elige la forma rectangular porque resulta la más adecuada para contener las
barras rectangulares de cobre que se emplean para constituir las bobinas y
además esta forma puede adaptarse fácilmente para contener los conductores de
sección circular.
En
cuanto a la forma constructiva del arrollamiento del rotor, se utiliza muchas
veces el arrollamiento de barril o de cesta
empleando también en los arrollamientos de inducido de corriente
continua y, en otras ocasiones, el arrollamiento en varios planos , exclusivo
de corriente alterna.
Existen
diferentes sistemas de fijación de las cabezas de bobina del arrollamiento
rotórico mediante zunchos y soportes de fijación:
Ø Soporte
de arrollamiento cilíndrico.
Ø Soporte
de arrollamiento cónico.
Ø Soporte
de arrollamiento abovedado
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE
ARDILLA CLASE A
El
motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para
uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena
disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el motor. Durante el periodo
de arranque, la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor;
durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad.
Esta diferencia origina algo de alta resistencia y baja reactancia de arranque,
con lo cuál se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal ( a
plena carga). El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia
del rotor producen una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal.
Tiene la mejor regulación de velocidad pero su corriente de arranque varía
entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciéndolo menos deseable para
arranque con línea, en especial en los tamaños grandes de corriente que sean
indeseables.
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE
ARDILLA CLASE A
A
los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es
muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par.
Las ranuras de su motor están embebidas algo más profundamente que el los
motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de
arranque y la marcha del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la
corriente de arranque. Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la
corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue usando arranque a
voltaje reducido. los motores de clase B se prefieren sobre los de la clase A
para tamaños mayores. Las aplicaciones típicas comprenden las bombas
centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas y los sopladores.
MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE
ARDILLA CLASE C
Estos
motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto
par de arranque y una menor corriente de arranque. Debido a su alto par de
arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas,
se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la
corriente se concentra en el devanado superior. En condiciones de arranque
frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a
grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia. Las aplicaciones de os
motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque
como en bombas y compresores de pistón
MOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE
ARDILLA CLASE D
Los
motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también
como de alto par y alta resistencia. Las barras del rotor se fabrican en
aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o
están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación de resistencia a
reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de las clases
anteriores. 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.
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE
ARDILLA DE CLASE F
También
conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Están diseñados
principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor
corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor
tanto en su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a aumentar la
impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la corriente de marcha y de
arranque. El rotor de clase F se diseñó para remplazar al motor de clase B. El
motor de clase F produce pares de arranque aproximadamente 1.25 veces el par
nominal y bajas corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores
de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo de la
línea. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de
marcha, estos motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase B,
bajan capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de
funcionamiento. Sin embargo, cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas
de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo para voltaje
reducido, aún en los tamaños grandes.
REGULACIÓN DE VELOCIDAD
MÉTODO DE VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN
REGULACIÓN POR IMPULSOS
La regulación por
impulsos de la velocidad generalmente se aplica en motores de pequeña potencia,
y básicamente consiste en provocar variaciones periódicas y de corta duración
de los parámetros del motor, de tal manera y a una frecuencia tal, que la velocidad
requerida se obtiene como una velocidad promedio de las aceleraciones y
desaceleraciones producidas durante el ciclo completo de variación de los
parámetros. Estas variaciones pueden realizarse mediante contactores que
conectan y desconectan la alimentación de los distintos arrollamientos,
cortocircuitan alternativamente ciertas impedancias o invierten periódicamente
la polaridad del suministro. La exposición de estos métodos
tan especiales está
más allá de los alcances de este artículo
MOTORES DE INDUCCIÓN
MONOFASICOS
Los
motores de inducción son el sistema de accionamiento más utilizado, desde menos
de un caballo hasta cientos de caballos de potencia, cuando no se requiere
variación de la velocidad de giro. Los motores de inducción monofásicos son muy
utilizados en aplicaciones de baja potencia. Por lo tanto, el diseño del
rodamiento depende en gran medida de la aplicación final del motor. Los tipos
de motores de potencia fraccionada son:
Motores de inducción de fase partida
Este
tipo de motor tiene una buena eficacia y un par de arranque moderado. Son muy
utilizados como motores de accionamiento para lavadoras, secadoras y
lavavajillas.
Motores de inducción de arranque por
condensador
Tienen
el mismo rendimiento durante el funcionamiento que los motores de fase partida,
pero un par de arranque más elevado. Se utilizan principalmente en sistemas de
accionamiento de lavadoras.
Motores de condensador dividido
permanente
Las
principales características de este motor son su alta eficiencia, el
funcionamiento silencioso y la reversibilidad continua. Esto hace que sea
adecuado para una amplia gama de electrodomésticos, tales como lavadoras,
secadoras, ventiladores y aparatos de aire acondicionado.
Motores de polos partidos
Son
adecuados para aplicaciones de baja potencia (menos de 200 W). Se utilizan
habitualmente en ventiladores domésticos pequeños.
MOTORES UNIVERSALES
El
motor universal, es un motor capaz de trabajar tanto en corriente continua DC
como en corriente alterna AC, su aplicación principal es para herramientas
portátiles debido a su bajo coste, su reducido tamaño, su poco peso y que
pueden trabajar en corriente alterna (AC 50 Hz), las ventajas de este motor son
grandes pares de arranque y elevadas velocidades de rotación cuando se
alimentan con excitación en serie (características semejantes al motor de
continua con excitación en serie), sus desventajas es q necesitan mantenimiento
(cambio de escobillas) aunque en aplicaciones domesticas no se suele llevar a
cabo este mantenimiento, se dimensionan las escobillas hasta el fin de la vida
del electrodoméstico.
EL FUNCIONAMIENTO
Del
motor universal es parecido al del motor de continua, en el que el colector de
delgas al girar producía un cambio de polaridad en el rotor con el que
continuamente se producía una repulsión de los polos del rotor y el estátor. En
un motor universal cuando lo alimentamos de la red, tenemos que el estátor esta
alimentado con una corriente alterna AC,
para que se produzca la repulsión de los polos del rotor y estátor, los polos
del rotor han de estar alimentados de forma adecuada en función de la
alimentación de los polos del estátor y esto se consigue con el colector de
delgas de forma similar al motor de corriente continua alimentando las bobinas
del rotor que están ligeramente giradas respecto de las del estátor con la
misma corriente que las bobinas del estator produciéndose una repulsión máxima
en función del número de bobinas o pares de polos del rotor.
COMPONENTES
En
este motor sus partes son las mismas que las de un motor de continua con
excitación en serie. El motor universal tiene sus mismas características:
colector de delgas, escobillas, devanados en el estátor y rotor también
devanado. Y solo posee dos bornes mediante los cuales se alimentan inductor e
inducido en serie.
La
respuesta de este motor en corriente continua es igual que un motor de
corriente continua con excitación en serie y la respuesta en corriente alterna
es similar al motor de corriente continua con excitación en serie ya que al
invertirse el sentido de la corriente en el inductor (debido a la corriente
alterna), en el inducido también se produce un cambio de sentido, así que el
giro del motor siempre es en la misma dirección. Las características de
funcionamiento en alterna dan peores prestaciones que en continua debido a las
variaciones de la tensión de alimentación (corriente alterna) ya que las
bobinas están alimentadas con corriente continua pulsante, igual que con un
puente rectificador que en este caso es el colector de delgas.
PRECAUCIONES
En
este motor, igual que en los motores de corriente continua con excitación en
serie, hay que tener la precaución de no alimentarlos sin carga ya que al
funcionar en vacío, el motor puede acelerarse hasta unas velocidades que
produzcan unas intensidades de corriente en las bobinas que quemen los
aislantes y el motor. En aplicaciones domesticas los bobinados ya están
preparados para el funcionamiento en vacío y no existe este peligro. Cambien
realizar el correcto mantenimiento de las escobillas.
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