• Author / Uploaded
• Cristian Aldehir Alfaro Ayquipa

Citation preview

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO

:

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II

PROFESOR

:

ENRIQUE ALFARO GARCIA

TEMA

:

MOTORES MONOFASICOS

CICLO

:

“VII”

ALUMNOS

:

Alfaro Ayquipa, Aldehir Gutierrez Perez Alexis Negron Monja Giancarlo Ortiz Malca, Jhonattan Rengifo Maurtua Irwing

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016

TEOREMAS DE THEVENIN Y NORTON INTRODUCCION Este trabajo es un desarrollo explicativo del funcionamiento de los motores monofásicos de inducción, y además estos mismos son máquinas transformadoras estáticas. Nos referimos al motor asincrónico. Este es una máquina de corriente alterna, de la que solamente una parte: el rotor o el estator, está conectado a la red y la otra parte trabaja por inducción, siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcionalmente al resbalamiento. Por consiguiente la elección de un motor de cualquier tipo para una determinada instalación requiere el conocimiento de los conjuntos de características, las del motor y las de la instalación, algunas necesarias porque están impuestas, y no pueden ser elegidas arbitrariamente, otros en cambio pueden ser seleccionadas entre un conjunto de posibilidades. Para adoptar efectivamente el motor se debe tener en cuenta, las exigencias de la instalación donde se ha utilizar, considerando que como el motor tendrá ciertos límites, los cuales no deberán ser superadas; por otra parte el motor con sus características propias, impondrá a la instalación ciertos requerimientos, que esta deberá satisfacer y a la vez se pueden utilizar directamente. El comportamiento de estas máquinas cuando son sometidas a condiciones normales de trabajo, sus componentes y estructura son algunos de los temas que se trataran en este trabajo. Motor monofásico de inducción Su funcionamiento es el mismo que el de los motores asíncronos de inducción. Dentro de este primer grupo disponemos de los siguientes motores: 1. De polos auxiliares o también llamados de fase partida Un motor monofásico de fase partida es un motor de inducción con dos bobinados en el estator, uno principal y otro auxiliar o de arranque. El motor de fase partida es uno de los distintos sistemas ideados para el arranque de los motores asíncronos monofásicos. Se basa en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofásico por un bifásico (que puede arrancar sólo). El motor dispone de dos devanados, el principal y el auxiliar; además, lleva incorporado un interruptor centrífugo cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor. En el momento del arranque uno y otro se hallan conectados a la red de alimentación, cuando el motor ha alcanzado aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, el interruptor centrífugo se abre y deja fuera de servicio el arrollamiento de arranque; el motor sigue funcionando entonces únicamente con el arrollamiento de trabajo principal. Durante la fase de arranque, las corrientes que circulan por ambos arrollamientos están desfasadas entre sí al tener distinta resistencia, debido a que se confeccionan con hilo de diferente calibre. Este desfase en las

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016 corrientes junto al desfase geométrico en la situación de las bobinas hace que el campo magnético resultante sea giratorio, aunque no circular; es decir, que no tiene la misma fuerza magnetomotriz en toda la circunferencia del estator. Por eso el par motor durante el arranque es débil, aunque suficiente para arrancar.

Figura Nº 01 Motor de Fase Partida 2. Motor monofásico de arranque por capacitor Son motores técnicamente mejores que los motores de fase partida. También disponen de dos devanados, uno auxiliar y otro principal. Sobre el devanado auxiliar se coloca un capacitor (condensador) en serie, que tiene como función el de aumentar el par de arranque, entre 2 y 4 veces el par normal. Como se sabe, el capacitor desfasa la fase afectada en 90o, lo cual quiere decir, que el campo magnético generado por el devanado auxiliar se adelanta 90orespecto al campo magnético generado por el devanado principal. Gracias a esto, el factor de potencia en el momento del arranque, está próximo al 100%, pues la reactancia capacitiva del condensador (XC) anula la reactancia inductiva del bobinado (xL). Por lo demás, se consideran igual que los motores de fase partida, en cuanto a cambio de giro, etc. Lo único importante que debemos saber, es que con un capacitor en serie se mejora el arranque. 

Aplicaciones

Estos motores monofásicos de corriente alterna cuyo rango va de fracciones de HP hasta 8 HP., se usan ampliamente con muchas aplicaciones de tipo monofásico tales como accionamiento a máquinas y herramientas como pueden ser taladros, pulidoras, motobombas, etc. 

Estructura

Este motor es similar en su construcción al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con su devanado de arranque. Los motores de arranque con capacitor están equipados también como los de fase partida, con devanado de trabajo y arranque, pero el motor tiene un condensador (capacitor), que permite tener mayor par de arranque.

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016

El capacitor se conecta en serie con el devanado de arranque y el switch o interruptor Centrífugo

Figura Nº 02 Motor con capacitor de arranque 3. Motor monofásico con capacitor en marcha Este tipo de motor tiene dos devanados permanentes que, en general, se arrollan con alambre de un mismo diámetro y el mismo número de vuelta, es decir, los devanados son idénticos. Ya que trabaja en forma continua como motor de arranque por capacitor no se necesita interruptor centrifugo. Los motores de este tipo arrancan y trabajan en virtud de la descomposición de l fase de cuadratura que producen los dos devanados idénticos desplazados en tiempo y espacio. En consecuencia, no tiene el alto par de marcha normal que producen los motores ya sea de arranque por capacitor o de arranque por resistencia. El capacitor que se usa se diseña para el servicio continuo y es del tipo de baño de aceite. El valor del capacitor se basa más en su característica de marcha óptima que en la de arranque. Al instante de arranque, la corriente en la rama capacitiva es muy baja. El resultado es que estos motores, a diferencia de los de arranque por capacitor, tienen par de arranque muy deficiente, de entre 50 a 100 por ciento del par nominal, dependiendo de la resistencia del rotor. Este tipo de motor se presta al control de velocidad por variación del voltaje de suministro. Se usan diversos métodos para ajustar el voltaje aplicado al estator y producir el control deseado de velocidad, como transformadores con varias salidas, varias, potenciómetros y resistencias o reactores con varias salidas.

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016 

Aplicaciones

Debido a su funcionamiento uniforme y a la posibilidad de controlar la velocidad, las aplicaciones de este motor pueden ser ventiladores de toma y descarga en máquinas de oficina, unidades de calefacción o aire acondicionado.

Figura Nº 03 Motor con capacitor permanente Motor monofásico con dos capacitores En aplicaciones más exigentes, en las cuales el par de arranque debe ser mayor, el condensador deberá tener más capacidad para que el par de arranque sea el suficiente. Esto se puede conseguir con dos capacitores: Un capacitor permanente siempre conectado en serie con uno de los devanados. Un capacitor de arranque, conectando en paralelo (la capacidad equivalente es la suma de ambos) con el permanente en el momento del arranque, para aumentar la capacidad, y que luego será desconectado. 

Secuencia de funcionamiento a. Se produce el arranque (punto 0) con ambos condensadores en paralelo (se suman las capacidades) obteniendo alto par de arranque. b. Cerca del punto de funcionamiento del motor, se elimina el condensador de arranque (punto 1) c. El motor evoluciona hasta el punto 2 solo con el condensador permanente.

De esta forma se consigue alto par de arranque, estabilidad en el par y buen rendimiento. Para eliminar el capacitor se utilizan, en función del tipo de motor:  

Interruptores centrífugos: conforme la velocidad se aproxima a la nominal (un 80 % aprox), abren un contacto desconectando el Arranque. Relés de intensidad (típicos de compresores de frío): la bobina del relé se conecta en serie con el devanado principal. Cuando la intensidad se aproxima a la nominal (un 80 % aprox), significa que el motor ya está “lanzado” y el contacto del relé se abre desconectando el arranque.

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016

Figura Nº 04 Motor con 2 capacitores Motor monofásico de colector Son similares a los motores de corriente continua respecto a su funcionamiento. Existen dos clases de estos motores: 1. Motor monofásico 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.) Es similar a la de un motor en serie de corriente continua, aunque con muchas y variadas modificaciones: - Los núcleos polares, y todo el circuito magnético, están construidos con chapas de hierro al silicio aisladas y apiladas para reducir la pérdidas de energía por corrientes parásitas que se producen a causa de las variaciones del flujo magnético cuando se conecta a una red de corriente alterna. - Menor número de espiras en el inductor con el fin de no saturar magnéticamente su núcleo y disminuir así las pérdidas por corrientes de Foucault y por histéresis, aumentar la intensidad de corriente y, por lo tanto, el par motor y mejorar el factor de potencia. - Mayor número de espiras en el inducido para compensar la disminución del flujo debido al menor número de espiras del inductor. Usos El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el mayor par de arranque respecto al de los motores de inducción y por su elevada velocidad de rotación, lo que permite reducir su tamaño y su precio. Así, se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo, electrodomésticos pequeños, etc.

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016 Características de funcionamiento: - En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características. - En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el inducido, con lo que el par motor conserva su sentido. - Menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en alterna el par es pulsatorio. Además, la corriente está limitada por la impedancia, formada por el inductor y la resistencia del bobinado. Por lo tanto habrá una caída de tensión debido a reactancia cuando funcione con corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par. - Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna, debido a que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo. Principio de Funcionamiento en corriente continúa Al invertir la corriente continua del motor en serie, el sentido de rotación permanece constante. Si se aplica corriente alterna a un motor en serie, el flujo de corriente en la armadura y en el campo se invierte simultáneamente, el motor seguirá girando en el mismo sentido. Principio de Funcionamiento en Corriente Alterna Cuando el motor universal es conectado en C.A, su flujo varía cada medio ciclo. En la primera mitad de la onda de corriente alterna es denominada positiva, aquí la corriente en los devanados de la armadura tienen la dirección igual a las manecillas del reloj, es decir de izquierda a derecha, mientras que el flujo producto del devanado del campo tiene un sentido de derecha a izquierda, así que el par desarrollado por el motor es contrario al de las manecillas del reloj. En la segunda mitad de la onda de corriente alterna, denominada negativa, el voltaje aplicado invierte su polaridad, así mismo la corriente cambia su dirección y ahora está de derecha a izquierda, también el flujo producto de los polos está dirigido ahora de izquierda a derecha, el par de arranque no cambia su dirección, puesto que en la mitad negativa se invierten tanto la dirección de la corriente, como la del flujo.

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016

Figura Nº 05 Esquema de un Motor Universal CONCLUSIÓN Al inicio del desarrollo de los motores monofásicos se debieron enfrentar obstáculos de considerable importancia, primero porque la corriente de tensión monofásica no produce un campo magnético giratorio. Luego de sortear este obstáculo los fabricantes se encontraron con la problemática que trae consigo el hecho que los motores monofásicos no poseen par de arranque intrínseco. Con el paso del tiempo se han ido desarrollando diversas técnicas orientadas a solucionar estos problemas. Dando paso a los motores monofásicos que hemos conocido en este trabajo. 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. Los diferentes motores que hemos conocido han hecho posible el desarrollo de nuevas máquinas, herramientas y aparatos, tanto para su aplicación industrial o doméstica. Cada sistema de los estudiantes tienen como objetivo principal introducir alguna mejora a los motores ya existentes, estos cambios consisten en: mejorar el par de arranque, el factor de potencia, la disipación de calor a través del mismo motor (en el caso de los motores que presentan altas resistencias) , evitar corrientes excesivas en el momento del arranque y evitar que las reactancias (inductiva o capacitiva) influyan negativamente en la instalación que los rodea. También se han desarrollado motores pequeños (micro motores) que pueden ser utilizados en pequeñas maquinas herramientas (taladros, sierras circulares y otras), y otros que se utilizan en aparatos domésticos (bombas de agua de máquinas lavadoras, hornos giratorios y otros electro domésticos).

Laboratorio N° 01: Motores Monofásicos 02 de mayo del 2016 BIBLIOGRAFÍA MÁQUINAS ELÉCTRICAS (Segunda edición) Stephen J. Chapman http://www.ecured.cu/Motor_monof%C3%A1sico_con_capacitor https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_monof%C3%A1sico_universal https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_monof%C3%A1sico_de_fase_partida