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Motor monofásico y universal Autor: Hector Dario Barona

Carrera Ingeniería Eléctrica

16/07/2018

Docente: Ing. Milton Moreano

Indice Introducción:............................................................................................................................ 2 Principio de operación ............................................................................................................. 3 Características de comportamiento...................................................................................... 3 Aspectos constructivos ........................................................................................................ 4 Motores monofásicos de fase partida. ..................................................................................... 4 Arranque por resistencia: ..................................................................................................... 5 Motores de arranque con capacitor...................................................................................... 6 Motores fase partida con capacitor permanente. ................................................................. 7 Motores de inducción-repulsión. ......................................................................................... 7 Motores de polos sombreados. ............................................................................................ 7 El motor universal ................................................................................................................... 8 Conclusión: ............................................................................................................................ 11 Recomendaciones: ................................................................................................................. 12 Referencias ............................................................................................................................ 12

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Introducción: A continuación, describiremos el funcionamiento de los motores eléctricos monofásicos y los universales, cada uno con distintos componentes dependiendo de su arranque u ocupación. Los motores monofásicos son los más conocidos de todos por su empleo en aplicaciones domésticas y herramientas portátiles, fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores está en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante, Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito. (Guzman, 2011) Estos motores han sido perfeccionados a través de los años, a partir del tipo original de repulsión, en varios tipos mejorados que en la actualidad se conocen como:

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Motores de fase partida.

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Motores de arranque con capacitor.

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Motores con capacitor permanente.

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Motores de inducción-repulsion.

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Motores de polos sombreados.

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Motores universales.

Principio de operación Todos los motores monofásicos tienen un problema en común, que es arrancar, ya que para producir el par de arranque se requiere de algún medio auxiliar que produzca la reacción con la onda de C.A. de la alimentación para producir el paro. De aquí que, en los motores C.A. monofásicos se hable de un “devanado de trabajo” y otro devanado de arranque o algún medio auxiliar como el capacitor. Dentro del título de fase partida se agrupan los motores de arranque con capacitor y de arranque con resistencia. Algunos de estos son monofásicos de inducción cuyos nombres o títulos son: de arranque con capacitor, de fase partida, de polos sombreados, con capacitor y arranque con capacitor, con capacitor permanente, etc. (Zetina, 2011)

Características de comportamiento. Las características de comportamiento de un motor de inducción monofásico, cuando opera únicamente con su devanado principal energizado, se pueden determinar a partir del diagrama de su circuito equivalente para distintos valores de deslizamiento. (Rosales, 2004)

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Aspectos constructivos Fundamentalmente los motores monofásicos de inducción cuentan con un estator construido de material ferromagnético (por ejemplo, chapas de hierro al silicio) sobre el que se colocan las bobinas principales, tantas como polos tenga el motor. En la figura 1 se puede ver, además, un rotor de características similares al estator, rodeado de barras conductoras cortocircuitadas en los extremos por anillos formando una “jaula de ardilla” típica de los motores de inducción.

Figura 1: aspectos constructivos de un motor (Pernia, 2011).

Motores monofásicos de fase partida. Fueron de los primeros motores monofásicos usados en la industria, y aún permanece su aplicación en forma popular. Estos motores se usan en: maquinas herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran variedad de aplicaciones; la mayoría de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W). (Guzman, 2011)

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El motor de fase partida tiene dos grupos de devanados en el estator. El primer grupo se conoce como el devanado principal o devanado de trabajo, y el segundo como devanado auxiliar o de arranque. Estos dos devanados se conectan en paralelo entre sí, el voltaje de línea se aplica a ambos al energizar el motor. (Chan, 2010) Arranque por resistencia: Se basa en colocar un bobinado auxiliar desplazado físicamente 90º del principal. Además, se lo construye de conductor más fino y suele tener diferente cantidad de vueltas. Así se le otorga una impedancia diferente al del devanado principal por lo que la su corriente está desfasada. El devanado de arranque tiene menos vueltas y consiste en alambre de cobre de menor diámetro que el devanado de marcha. Por lo tanto, el devanado de arranque tiene alta resistencia y baja reactancia. A la inversa, el devanado de marcha, con más vueltas de alambre más grueso, tiene baja resistencia y alta reactancia; pero debido a su impedancia total menor, la corriente en el devanado de marcha es en general mayor que la correspondiente en el devanado de arranque. (Pernia, 2011)

Figura 2: Motor Monofásico de fase partida por resistencia. (Pernia, 2011)

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Motores de arranque con capacitor. Este tipo de motor es similar en su construcción al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para tener un mayor par de arranque. Su rango de operación va desde fracciones de HP hasta 15 HP. Es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofásico, tales como accionamiento de máquinas herramientas (taladros, pulidoras, etcétera), compresores de aire, refrigeradores, etc. En la figura se muestra un motor de arranque con capacitor. (Guzman, 2011) Los motores de fase partida de arranque con capacitor, son los que requieren menor mantenimiento de todos los tipos de motores monofásicos, pero tienen un par de arranque muy bajo, lo que hace que no sean adecuados para algunas aplicaciones. (Chan, 2010)

Figura 3: Motor Monofásico de arranque con capacitor (Pernia, 2011).

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Motores fase partida con capacitor permanente. Utilizan un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. El crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga. La principal diferencia entre un motor con permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere switch centrífugo. Estos motores no pueden arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de arranque. (Guzman, 2011) Motores de inducción-repulsión. Los motores de inducción-repulsión se aplican donde se requiere arrancar cargas pesadas sin demandar demasiada corriente. Se fabrican de 1/2 HP hasta 20 HP, y se aplican con cargas típicas como: compresores de aire grandes, equipo de refrigeración, etc. (Chan, 2010) Motores de polos sombreados. Este tipo de motores es usado en casos específicos, que tienen requerimientos de potencia muy bajos. Su rango de potencia está comprendido en valores desde 0.0007 HP hasta 1/4 HP, y la mayoría se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de HP. La principal ventaja de estos motores es su simplicidad de construcción, su confiabilidad y su robustez, además, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores monofásicos de C.A., los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares (capacitores,

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escobillas, conmutadores, etc.) o partes móviles (switches centrífugos). Esto hace que su mantenimiento sea mínimo y relativamente sencillo. (Guzman, 2011)

El motor universal Funcionan con c.a. y c.c. y son de fracción de 1 hp y son usados principalmente en aparatos electrodomésticos. El inducido es igual al de un motor de c.c. funciona a la misma velocidad con c.c. o c.a. La velocidad se puede regular por medio de reóstatos y bobinas de tomas múltiples devanadas en torno del campo. Como es un motor serie, la carga siempre debe estar conectada al motor. (Pernia, 2011)

Figura 4: partes constructivas de un motor universal. (Chan, 2010)

El motor universal es el mismo motor serie de c.c. en el cual se ha alterado el diseño básico: Las pérdidas por histéresis se reducen empleando hierro al silicio laminado de alta permeabilidad; las pérdidas por corrientes parásitas se reducen al mínimo construyendo los circuitos magnéticos (estator , núcleo) con láminas de hierro - silicio

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especial; la reactancia del bobinado de campo se reduce empleando núcleos de polos cortos y bobinados de pocas vueltas; la reactancia del inducido se reduce utilizando bobinas compensadoras que se montan en el núcleo del estator. Se usan en: Licuadoras, aspiradoras, batidoras, etc. En el caso de funcionar con alterna hay que tener en cuenta que tanto el estator como el rotor deben ser de hierro laminado. También es importante tener en cuenta que en corriente alterna aparece el efecto de la reactancia de los bobinados, por lo tanto la tensión aplicada en alterna es mayor que la tensión aplicada en continua. (Pernia, 2011) Un motor universal es un motor capaz de funcionar en corriente alterna como en corriente continua. Consta de al menos dos electroimanes, uno montado en el eje y otro en la carcasa. El efecto de imán móvil se consigue mediante el colector de delgas, en este caso con el colector conseguimos que el electroimán del eje gire respecto del propio eje (no solidariamente) de forma que siempre este enfrentado respecto de la polaridad del electroimán de la carcasa. (Rosales, 2004)

Figura 5: motor universal y colector de delgas. (Pernia, 2011)

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Los motores universales son los motores pequeños más utilizados. Alcanzan velocidades superiores a los motores asincrónicos monofásicos, y de esta manera se obtiene una potencia de accionamiento grande para un tamaño pequeño. Las interferencias de radio debidas al chisporroteo de las escobillas se eliminan mediante condensadores antiparasitarios. Los motores universales se utilizan, por ejemplo, para accionamiento de máquinas electrodomésticas y pequeñas herramientas eléctricas. (Pernia, 2011) Sus características principales no varían significativamente, sean alimentados con CA o CD. Por regla general, se utilizan con corriente alterna. También se les denomina motor monofásico en serie. (Rosales, 2004) Este tipo de motor se puede encontrar tanto para una máquina de afeitar como para una locomotora, esto da una idea del margen de potencia en que pueden llegar a ser construidos. •

Los bobinados del estator y del rotor están conectados en serie a través de unas escobillas. El par de arranque se sitúa en 2 ó 3 veces el par normal.

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La velocidad cambia según la carga. Cuando aumenta el par motor disminuye la velocidad. Se suelen construir para velocidades de 3000 a 8000 r.p.m., aunque los podemos encontrar para 12000 r.p.m. Para poder variar la velocidad necesitamos variar la tensión de alimentación, normalmente se hace con un reóstato o resistencia variable. (Rosales, 2004)

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El cambio de giro es controlable, solo tenemos que intercambiar una fase en el estator o en el rotor, nunca en los dos, lo cual es fácilmente realizable en la caja de conexiones o bornes que viene incorporado con el motor. Cuando el motor es alimentado, se produce que las corrientes circulan en el mismo sentido, tanto el estator como en el rotor, pero en el cambio de ciclo cambia el sentido en los dos, provocando el arranque del motor. (Rosales, 2004)

Conclusión: Los Motores eléctricos se clasifican en Motores de Corriente Directa Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, utilizan corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías, Motores de Corriente Alterna; Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías "normales" y por último Los Motores Universales Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente continua y corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, con el paso del tiempo se han ido desarrollando diversas técnicas orientadas a solucionar este problema. Las aplicaciones de los motores monofásicos hoy son muy amplias, puesto que cada sistema está diseñado con características específicas, sin embargo, cada una de las diferentes configuraciones tienen ventajas y desventajas tanto una con respecto de otra, como cada una con respecto a la instalación misma donde será ubicada.

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Los diferentes motores que hemos conocido han hecho posible el desarrollo de nuevas máquinas, herramientas y aparatos, tanto para su aplicación industrial o doméstica.

Recomendaciones: •

Toda máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos es considerada esencialmente un motor eléctrico, algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.

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Muchos de los Motores Universales funcionan de DC, así que necesitan de un cargador para recargar sus baterías.

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En algunos casos hay maquinas en que se pueden usar en las dos clases de corriente, pero en algunos, hay que cambiarle el circuito de entrada. Si por error algunos de estos llegan a funcionar al revés de su conexión, se quemaría.

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Mantener en óptimas condiciones los sistemas de ventilación y enfriamiento de los motores.

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Una alineación defectuosa puede incrementar las pérdidas por rozamiento y en caso extremo ocasionar daños mayores en el motor y en la carga.

Referencias Abad Yupanqui, S. B. (s.f.). Motores Monofásicos . Obtenido de Repositorio Institucional de la

PUCP:

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http://repositorio.pucp.edu.pe/index/bitstream/handle/123456789/28690/maquinas_ele ctricas_cap10.pdf?sequence=23&isAllowed=y Chan, P. L. (26 de 11 de 2010). LOS MOTORES MONOFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA. Obtenido

de

SCRIBD:

https://es.scribd.com/doc/44021467/LOS-MOTORES-

MONOFASICOS-DE-CORRIENTE-ALTERNA Gonzales, J. d. (2014). Motores Monofasicos y universales. Obtenido de SlideShare: https://es.slideshare.net/juande74/motores-monofasicos-y-universales Guzman, O. (22 de 07 de 2011). Clasificación Motores monofásicos. Obtenido de SCRBD: https://es.scribd.com/doc/58431967/Clasificacion-Motores-monofasicos Pernia, M. A. (09 de 2011). Motores Monofasicos- conceptos. Obtenido de ResearchGate: https://www.researchgate.net/profile/Marino_Pernia/publication/235752028_Motores _Monofasicos-conceptos_basicos/links/02bfe5131e98cea5f8000000/MotoresMonofasicos-conceptos-basicos.pdf Rosales,

J.

(09

de

2004).

Motores

universales.

Obtenido

de

ALIPSO:

https://www.alipso.com/monografias2/EEpZZZlukVmOXwqxIS.shtml Zetina, A. I. (04 de 2011). CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS. Obtenido de SCRIBD:

https://es.scribd.com/doc/53898918/CLASIFICACION-DE-LOS-

MOTORES-ELECTRICOS

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