27 Mar

CURSO DE

BOBINADO Y

REPARACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS

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MOTORES MONOFÁSICOS CON ROTOR BOBINADO

Si bien, hasta el momento hemos considerado motores monofásicos que utilizan rotores tipo de jaula de ardilla, debemos  tener  en  cuenta  que  también existen maquinas con rotor bobinado. Para su consideración procederemos a clasificarlas  en motores universales o serie y motores de repulsión.

MOTOR SERIE O UNIVERSAL

Los llamados motores serie o universales  presentan una propiedad muy interesante en lo que respecta a su alimentación, en efecto, pueden funcionar indistintamente con corriente continua o alterna, de allí proviene  la denominación «universales».   Estas

El lector habrá observado que estas maquinas también son denominadas «motores serie», esto se debe a que consideradas bajo el aspecto de su conexionado resultan  ser  muy similares  a los  motores  serie  de corriente continua. Por ese motivo le resultara familiar el esquema que muestra la figura 1 ya que se trata de un motor bipolar universal que guarda exacta similitud con un motor serie de corriente continua.

En primera instancia debe notarse que nuestro motor elemental lleva  colector,  detalle  que  resulta  una novedad ya que en los  motores de corriente alterna estudiados  hasta  el momento no era necesaria  su utilización  por  tener  el  rotor en  cortocircuito,  esto
 En  efecto, considerando que la red de alimentación presenta en
La corriente recorre la espira y sale de la misma pasando por la delga ubicada a la derecha y la escobilla desde donde se dirige el polo positivo de la

red circulando previamente por el arrollamiento de campo superior.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

Como se recordara, en un motor de corriente continua, en caso de invertir la polaridad de la tensión aplicada se mantiene el sentido de giro ya que por tratarse de un circuito serie  la polaridad magnética del inductor se modifica al mismo tiempo que la del inducido. Este detalle tiene importancia dado que debemos considerar el funcionamiento el mismo motor cuando se le aplica una tensión alterna de alimentación.

Para interpretar rápidamente el funcionamiento del motor universal cuando se le aplica una tensión alterna recurrimos  a la figura 2,  en  ella  consideramos  el comportamiento de la maquina para los semiciclos de tensión aplicada. Este sentido de circulación de la corriente determina las polaridades magnéticas señaladas en la figura, es la regla de la mano izquierda quien nos indica que el polo norte inductor se  ubica a la izquierda mientras que el polo sur a la derecha, pero además, la espira se  comporta como un imán quedando su polo norte en el plano superior y el sur en el inferior.

La reacción de ambos campos magnéticos produce el giro de la espira en el sentido de las agujas del reloj lo que queda determinado por la simple aplicación de la regla de mano derecha.

¿Qué  ocurre en el semiciclo  negativo? Al circular la corriente en sentido  inverso  por los  arrollamientos inductores  y la espira,  los  campos  magnéticos de ambos se invierten, pero la espira mantiene el mismo sentido de gira lo que resulta perfectamente explicable si aplicamos nuevamente las reglas correspondientes.

Vemos que el motor serie puede funcionar con corriente continua o alterna, esto  puede llevarnos  a suponer que no se hace necesaria ninguna modificación para lograr idéntico rendimiento bajo una u otra condición. Pero no es  así,  diversos  factores  influyen haciendo que  un motor serie  preparado  para funcionar con corriente  continua  presente  apreciables  pérdidas

PÉRDIDAS EN EL HIERRO

En esto motores, de no tomarse ciertas precauciones constructivas,  se produce un aumento excesivo de la temperatura en  el  hierro  que  es  motivado funda- mentalmente por dos causas, una de ellas es originada por las ya conocidas corrientes de Foucault o parasitas y la otra esta  determinada por la llamada histéresis magnética.

Con referencia a las corrientes de Foucault es sabido que se producen cuando el hierro de la maquina esta sometido a la acción de un flujo magnético variable. Efectivamente,  el hierro al cortar líneas de fuerza (o ser cortados por las mismas) recibe una tensión inducida que establece corrientes que no representan ninguna utilidad ya que se limitan a desplazarse por la masa del metal. Como se recordará, para que el conjunto de laminas no forme eléctricamente un solo bloque, cada plancha de metal se  encuentra aislada del resto  para ello,  durante la fabricación se las somete a un proceso de oxidación

FIGURA 3 – LOS Núcleos DE LAMINADOS REDUCEN LAS CO- RRIENTES DE FOUCAULT



La otra causa determinante de pérdidas en el núcleo, tal como se  anticipó en la histéresis  magnética; se trata de un fenómeno fácil de interpretar, consiste en

lo siguiente:  supongamos  que se  aplica una fuerza magnetizante as un trozo de hierro que no fue sometido hasta el momento a campo magnético alguno, en estas condiciones  el hierro toma propiedades  magnéticas hasta un limite conocido como punto de saturación.Si

luego se disminuye paulatinamente la fuerza magnetizante hasta  anularla, podemos  creer que el trozo de hierro pierde totalmente el magnetismo que había adquirido, pero no ocurre así. Para eliminar el magnetismo remanente se hace necesario aplicar una fuerza magnética on sentido inverso al anterior, recién a partir de esta situación se puede magnetizar nuevamente al trozo de hierro para lograr en el mismo una polaridad opuesta a la lograda en el comienzo del proceso. Esto representa una pérdida de importancia cuando el flujo de un circuito magnético debe ser invertido muchas veces  por segundo,  cosa que ocurre precisamente en los motores de alterna, por ese  motivo se  eligen materiales que presentan mínimo campo remanente.

LOS ARROLLAMIENTOS  EN CORRIENTE ALTERNA

A las  pérdidas  producidas  por calor recientemente explicadas se suman otras de carácter distinto, ocurre que el comportamiento de los  arrollamientos de la maquina no es el mismo cuando están sometidos  a corriente continua que si  por ellos  circula corriente alternada.  En  los  bobinados  sometidos  a corriente
Comenzaremos por recordar que toda bobina impone una cierta demora al crecimiento o decremento de la corriente que por ella circula, esto significa que si se la conecta a una fuente de corriente alterna, en forma permanente la bobina se opone a los cambios de valor de la corriente, es justamente esta oposición la que llamamos Reactancia Inductiva.  Pero existe  otro  factor  importante,  la frecuencia con que la corriente tiende a variar no es la misma en ambos casos, observe que una de las fuentes entrega 50 c/s y la otra 25 c/s. Decíamos  que la reactancia inductiva
Tal es  así  que en  algunos  casos  muy especiales, cuando se  deben  accionar motores  universales  de potencia relativamente alta, se acude a generadores destinados  específicamente  a tal fin que entregan corriente alterna a razón de 25 c/s. Otro factor importante consiste  en mantener una reluctancia  de  bajo valor lo  que  se consigue dejando espacios libres entre el estátor y el rotor lo más pequeño  posible  dentro de los  limites necesarios para el funcionamiento mecánico del motor, incluso en muchos casos, en lugar de utilizar estátores con polos salientes se acude a los de forma de anillo de hierro similares a los que se utilizan en las maquinas de fase partida.

Con referencia a los arrollamientos del inducido son validas las consideraciones  referentes al inductor, o sea, dentro de limites aceptables se reduce su inductancia para no presentar excesiva oposición a la corriente circulante.


CONMUTACIÓN

Al utilizar un motor universal con corriente alterna se comprueba que  los  arrollamientos  que  quedan  en cortocircuito por medio de las escobillas reciben corrientes mas intensas que da lugar a la producción de un intenso chisporroteo en el colector siempre que no se  tomen las debidas  precauciones  para atenuar este efecto. de sentido contrario a las de autoinducción.

Por supuesto que estos efectos también se manifiestan cuando el motor es alimentado con corriente alterna, pero además aparece una nueva dificultad que pasamos a considerar.

Lo contrario ocurre en el instante ilustrado en la figura

7, donde la espira se desplaza en forma paralela a las líneas de campo, en este caso la tensión inducida es nula ya que no se produce «corte» de líneas de fuerza. Dado que esa posición de la espira se produce la conmutación, es evidente que esta  tensión  inducida colabora en  la producción de chispas entre las escobillas y el colector.

En  los  motores  universales  de  mayor potencia  es necesario  controlar eficientemente un chisporroteo excesivo,  por lo tanto se  acude  a la ubicación de resistencias  dispuestas  en la forma indicada en la figura  8.  De  esta  manera se  limita la  corriente únicamente en la sección conmutada permitiendo esto evadir pérdidas de calor demasiado elevadas.

DESCRIPCIÓN DE UN MOTOR UNIVERSAL

Dado que el motor universal es muy parecido en varios aspectos al motor serie de corriente continua procederemos  a continuación a efectuar una breve descripción de sus partes componentes. En la figura 9 se muestran las principales partes componentes del motor, refiriéndonos a la carcaza podemos decir que por lo general es de acero laminado, de aluminio o de fundición, siendo sus dimensiones las adecuadas para mantener firme las  chapas,  construyéndose  con frecuencia carcazas de una sola pieza con los soportes o patas del motor.


FIGURA 8 – Inclusión DE UNA RESISTENCIA PARA DISMINUIR EL CHISPORROTEO. Tanto  el  núcleo  como el  colector  van sólidamente afirmados al eje.

Pueden encontrarse los motores universales en los que puede desmontarse un solo escudo ya que el  otro  va  fundido junto con  la  carcaza,  los  porta escobillas, por lo general están ubicados en el escudo frontal.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS  DE LOS MOTORES UNIVERSALES

A continuación comentaremos en forma abreviada las ventajas e inconvenientes de estos motores; ellas son:

Velocidad  de  giro variable. Vele destacar que en ausencia de carga la velocidad no alcanza limites peligrosos porque tratándose de maquinas de poca resistencia,  buena parte de ella se emplea en vencer los rozamientos del eje con sus cojinetes y el producido por las aletas del ventilador con aire, por esa razón no puede decirse en forma absoluta que el motor trabaja sin carga.
Tal como se indicó a estudiar los motores serie de corriente continua, al iniciarse el arranque en  el  rotor  no  se  establece  una  fuerza contraelectromotriz elevada por cuya razón la corriente que circula a través de los arrollamientos es apreciable lo que determina una gran intensidad de campo en los arrollamientos inductores  e  inducidos  dando como resultado un elevado par motor.

Velocidades  elevadas. Esto no ocurría en los motores de inducción, por ejemplo los de fase partida, porque en ellos la velocidad depende únicamente de la velocidad de giro del campo inductor.

Funcionan con corriente continua o abierta.  Si  bien estos motores pueden funcionar con ambas corrientes, de acuerdo a lo explicado al comenzar esta lección se puede interpretar que las maquinas que en la industria o el hogar funcionan como motores universales no se

Con referencia a las  desventajas  que presentan  los motores universales,  podemos sintetizarlas  como se indica a continuación.

Requieren control eficiente. Estas maquinas contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica, se hace necesario controlar el desgaste del colector,  de las escobillas,  el envejecimiento de los muebles, etc.

Chispas bajo las escobillas. Ya que el rotor es recorrido por la corriente de alimentación, por efectos de autoinducción se  establecen  chispas  que tienden a acortar notablemente la vida útil de las escobillas y del colector.

Ruidos. Dados que estos motores alcanzan fácilmente una velocidad elevada es casi imposible conseguir de ellos un funcionamiento silencioso.

MOTORES DE REPULSIÓN

Estas maquinas basan su funcionamiento en un efecto electromagnético muy interesante,  para interpretarlo fácilmente acudimos a la figura 12 en la que se  ha representado una fuente de tensión de alterna alimentando los arrollamiento de campo, entre ambos polos se ubica una espira rectangular que puede girar libremente sobre un eje perpendicular a las líneas de fuerza.

Si  intentamos  modificar la  posición  de  la  espira notamos que ofrece una apreciable resistencia inicial, o sea, debemos realizar un considerable esfuerzo para

desviarla cumplíéndose esta situación dentro de unos

15 grados de giro a partir de la posición primitiva. Pero luego la resistencia de la espira decrece a medida que se acerca a una posición paralela a las líneas de fuerza.

¿Qué  ocurre si  soltamos  la espira? Esta propiedad de la espira es la que se  toma como base para el funcionamiento del motor de repulsión; básicamente estas maquinas llevan un inductor fijo alimentado por la corriente de línea y un rotor bobinado con colector similar a los estudiados en las maquinas de corriente continua.

El estátor o inductor esta provisto de ranuras en las cuales se alojan los arrollamientos, estos últimos son similares a los utilizados en los motores de fase partida.  Las  ranuras suelen estar dispuestas en forma oblicua con relación al eje del motor con el fin de lograr siempre el mismo par de arranque cualquiera sea la posición de arranque del rotor.

FUNCIONAMIENTO  DEL MOTOR A REPULSIÓN

Para explicar el funcionamiento del motor a repulsión nos remitimos al esquema de la figura 13 en el que se ha representado al rotor bobinado recibiendo un campo magnético creciente producido por los arrollamientos del estátor. Para la situación mostrada en la figura 13 no circulará corriente por las espiras del rotor ni entre las escobillas
De esto se deduce que al no existir corriente alguna en el rotor tampoco se origina campo magnético capaz de reaccionar con el flujo inductor para producir el giro del motor.

¿Qué  ocurre si  ubicamos las  escobillas  sobre  el eje del campo inductor?  Al colocar  las  escobillas  en la posición indicada en la figura 15, el conjunto de bobinas ubicado en la zona superior se  comporta como una pila haciendo lo propio el conjunto inferior,  de esta manera (tal como lo señala  el esquema equivalente de  la misma figura) las  dos  pilas  alimentan simul- táneamente las escobillas.

La aparente complejidad de  lo expuesto  se  puede resumir en forma practica señalando que: si las esco-

FIGURA 14 – CIRCUITO EQUIVALENTE DEL INDUCIDO CUANDO LAS ESCOBILLAS SE UBICAN SOBRE LA Línea NEUTRA



billas cortocircuitadas se colocan sobre la línea neutra o sobre el eje del campo inductor el motor no puede iniciar su marcha.

Es interesante tener que el sentido del giro es inverso al del ángulo de desvío de las escobillas, además estos motores necesitan  un dispositivo  de arranque capaz de limitar la corriente inicial que demanda el motor por ser esta muy elevada.

También es posible (aunque menos practico) entregar la tensión de alimentación ubicando previamente las escobillas en la zona neutra desviándolas luego lentamente hacia los polos.

Con respecto a la regulación del velocidad del motor a repulsión es fácil interpretar de acuerdo a lo visto que la misma dependerá de la posición  que ocupan las escobillas con respecto a los polos inductores, es decir,

La carácterística mas importante de este motor reside en que para obtener un elevado par de arranque trabaja en el momento inicial como un motor de repulsión, mientras que al alcanzar una velocidad equivalente al

75% de la de régimen, se  comporta como un motor con rotor en jaula de ardilla.

Dado que los  principios  de  funcionamiento de  los motores  de inducción y los  de repulsión  ya fueron explicados oportunamente, nos ocuparemos en analizar el dispositivo  recién mencionado. Para ello acudimos a la figura 17 en la que se  observa el despiece  del mecanismo centrifugo pudiéndose  apreciar que esta formado por las  siguientes  piezas  dispuestas  en el rotor: masas reguladoras o centrifugas, collar de cortocircuito, casquillo-muelle, resorte, bielas, portaescobillas,  y arandelas de presión.

Partiendo del momento de arranque, a medida que el motor cobra velocidad, la fuerza centrifuga actúa sobre las  masas  respectivas  haciendo que las  bielas  se desplacen hacia adelante. Estas a su vez presionan al casquillo muelle obligando al collar a poner las delgas en cortocircuito, simultáneamente los portaescobillas quedan separados  del colector,  evitándose  de esa forma el desgaste inútil de las escobillas.
Considerando  que el buen funcionamiento de este motor se debe fundamentalmente a la precisión con que actúa el mecanismo centrifugo, debemos tener en cuenta que de no producirse el levantamiento de las escobillas  en el momento adecuado, el motor no puede alcanzar su velocidad normal de funcionamiento.

Llamará la atención que el inducido de estos motores lleve con un colector  de conformación distinta  a la considerada hasta el momento, se trata de un colector

«radial» en el que las escobillas apoyan hori- zontalmente. Estos colectores, por su reducido espesor permiten fabricar inducidos de corta longitud, además, en el caso  que nos ocupa posible colocar un meca- nismo centrifugo sin aumentar innecesariamente las dimensiones del motor.

MOTORES ASINCRONICOS Polifásicos

Consideraciones  previas

Hasta  el momento hemos  considerado  motores  de corriente alterna de distintos tipos, en ellos el giro del motor se manténía gracias a la acción de un campo magnético originado por un solo juego de bobinas. Por

CORRIENTES ALTERNAS  MONOFASICAS, BIFASICAS Y TRIFASICAS

Como se recordará, iniciamos el estudio de la corriente alterna mediante un generador elemental en el que una espira al girar dentro de un campo magnético recibía una tensión inducida cuyo valor y polaridad variaba en el tiempo. Estas carácterísticas la diferenciaban netamente de la corriente continua,  por ejemplo, la

producida por una batería, dado que esta última determina en un circuito un desplazamiento de electrones  con sentido constante. Por ese  motivo en corriente alterna se  utilizan otros términos, a los conductores que transportan la corriente eléctrica en uno u otro sentido, al ritmo que marca la frecuencia, se les llama fases.

La palabra fase,  no lo dudamos,  es muy utilizada al hablar de redes de alimentación, son comunes expresiones como «corriente monofásica», pero, ¿qué es una corriente monofásica o una trifásica?, veamos. La corriente monofásica podemos considerarla a aquella producida por una sola  espira,  tal como lo hemos estudiado  anteriormente, por ese  motivo no consideramos necesario abundar detalles.

CORRIENTES BIFASICAS

En la figura 18 se muestra un generador elemental de corriente bifásica, se trata sencillamente de dos espiras ubicadas perpendicularmente entre sí que pueden girar dentro de un campo magnético a la misma velocidad. Los  terminales de cada espira  están  conectados  a anillos metálicos sobre los que apoyan las respectivas escobillas (no mostradas en la figura), de manera tal que se  disponen  cuatro conductores  para alimentar en  forma independiente  a dos  cargas,  en  nuestro ejemplo se trata de simples lámparas eléctricas.

Vale observar que durante el giro los lados activos de las espiras no se encuentran en igual posición dentro del campo, en el caso ilustrado en la figura 1, la espira conectada  a  los  dos  anillos  de  la  izquierda está

«cortando»  máxima cantidad de líneas de fuerza, por

lo tanto su  tensión  inducida es  máxima recibiendo alimentación la lámpara derecha.

Observe  que la espira  horizontal lleva un terminal conectado  al anillo de la derecha y al central.  Una imagen más simplificada aún lo da el esquema que acompaña la figura observándose que la central actúa como conductor de retorno por el que circularán las corrientes (defasadas) hacia cada bobina. Ocurre  que  con  igual cantidad  de  conductores  se pueden  alimentar tres  cargas  simultáneamente utilizando corrientes  trifásicas,  por ello pasamos  a considerarlas con más detenimiento.

CORRIENTES TRIFASICAS

Un  generador elemental de corriente trifásica  está formado como lo muestra la figura 20 por tres espiras separadas 120º entre sí, pudiendo girar dentro de un campo inductor.  Ya que durante el giro las  espiras mantienen la  misma   separación,  se  logran  tres corrientes que defasan 120º, circunstancia ésta que representa una gran ventaja como veremos de inmediato.

En la figura, cada espira está conectada a un par de anillos  e manera tal que para alimentar tres  cargas utilizaremos seis  conductores  (dos  para cada carga) que no es  precisamente la ventaja que anticipó con

respecto a las corrientes bifásicas. Sin embargo dicho inconveniente se supera fácilmente, ya que si sumamos geométricamente las corrientes obtenidas, en cualquier momento de giro, el resultado es cero.

¿Cómo puede ser esto?

correspondientes señalán los valores y polaridades de las corrientes durante un ciclo. Cabe destacar que para mayor claridad, las espiras fueron representadas una a continuación de la otra, lo que permite observar la posición que ocupan en determinado momento dentro del campo inductor; en efecto, la espira Nº1 no corta líneas de fuerza, por lo tanto el gráfico correspondiente se inicia con un valor de corriente cero.
Esta disposición se muestra en la figura 23 y se la conoce como conexión «en estrella», puede apreciarse la uníón de las tres bobinas en un punto central desde donde parte el conductor neutro.

Vale aclarar que no es  ésta  la única conexión  «en estrella» que puede encontrarse, pero las disposiciones que lleva el conductor neutro se  utilizan cuando la

cargas en cada fase  no son  iguales,  circulando por dicho conductor una corriente que es  la resultante vectorial de las intensidades que circulan por cada fase. Cuando las cargas a alimentar son iguales, como en el caso de los motores que estudiaremos en esta lección, no se utiliza conductor neutro ya que por el mismo no circulará corriente por los motivos explicados anteriormente.

CAMPO GIRATORIO

Para lograr el funcionamiento de un motor asincrónico de  inducción,  es  necesario  disponer  de  un campo magnético giratorio, veamos como se  consigue  esto analizando un experimento llamado de Arago que sirvió en su momento como punto de partida para la obtención de los motores que se utilizan en la actualidad.


FIGURA 23 – Conexión EN ESTRELLA



FIGURA 24 – Conexión EN TRIANGULO



Podemos resumir las  carácterísticas  relativas  a las tensiones  de los generadores en la siguiente forma: La disposición  en estrella  entrega entre los  bornes correspondientes a cada fase, una tensión equivalente a multiplicar la tensión  de dicha fase  por 1,73.  Un caso  típico se  muestra en la figura 25 donde cada fase entrega 220v,  dando esto como resultado,  una tensión de 220v entre cualquier fase y el conductor neutro, además, la tensión entre conductores de línea es de 380 volt que resultan de multiplicar la tensión de fase de 220 volt por 1,73.

Con  referencia a la disposición  triángulo indicamos solamente que la tensión entre dos conductores cualesquiera de salida, equivale a la tensión de la fase. Es importante tener presente el resumen anterior ya que es la base  para interpretar el funcionamiento de los motores trifásicos,  tal es así que gracias a estas corrientes se consigue el campo giratorio imprescindible para la marcha de la máquina.

al figura 26. Cabe destacar que el cilindro  de  cobre  es  de  menor  diámetro que  la separación  que existe  entre las  ramas del imán, de manera tal que entre ambos no existe  rozamiento alguno, esto  nos  lleva a preguntar por que razón al girar el imán también gira el cilindro, aunque lo hace a una velocidad menor.
Sin embargo la similitud de la experiencia de Arago con el funcionamiento del motor asincrónico es  apreciable, por esa razón consideramos necesario agregar algunas consideraciones al respecto.

¿La velocidad del cilindro puede alcanzar a la del imán?

¡No! ,  porque para que haya corriente inducida en le cilindro es  preciso  que exista  una velocidad relativa entre el cilindro y el imán   ya que   se  giraran en el mismo sentido y a la misma velocidad no habría co- rriente en  le cilindro y por consiguiente  su  campo magnético sería nulo.

Pero si el cilindro, que es muy liviano, está montado sobre  un eje  de  forma tal que  el  frotamiento sea mínimo, puede casi  alcanzar la velocidad del imán, como en le caso de un motor que no acciona ninguna

carga. De esto se deduce que la reacción de los dos campos  será  mayor cuando  la  diferencia  de  las velocidades aumenta, lo que determina un par motor elevado.

Teoría DEL CAMPO Magnético GIRATORIO

En la práctica, el campo giratorio se obtiene utilizando corrientes  trifásicas. La ubicación física de las mismas se puede apreciar en el detalle correspondiente. 
 El campo de cada bobina  aumenta y  disminuye  siguiendo  las  fluc- tuaciones de la corriente que circula por su fase.

Veamos como se produce este campo giratorio. En la figura 29,  se  han  representado  gráficamente las variaciones de corriente de las fases R, S y T durante el tiempo equivalente a un ciclo, en la parte inferior, se  señalán  los  sentidos  de los  campos magnéticos correspondientes a siete instantes determinados, que para mejor identificación se los ha indicado numéricamente sobre el eje tiempo.

Instante  1– En ese  momento la fase  R y la fase  T, tienen  el  mismo valor  pero  sentido  contrario,  en consecuencia  la corriente que circula por ellas  crea polaridades distintas en los polos afectados por esas fases. Como los campos  son  de  igual valor,  el  campo  magnético resultante  estará  comprendido entre los  mismos  y tendrá el sentido indicado en la figura.

Instante 2- La fase R, está en valor nulo, mientras que las  fases  S  y T  tienen  valores  iguales  y de  signo contrario;  por las  mismas razones  expuestas  en el instante 1, el flujo habrá girado 60º.

Instante 3- En esta situación las fases R y S alcanzan valores negativos y positivos respectivamente, mientras que la corriente de la fase  T es  nula.  El campo se establece de acuerdo al sentido indicado, lo que equivale a un giro de 60º.

FIGURA 28 – POLARIDADES OPUESTAS EN UN Estátor Trifásico CON SEIS POLOS


Instante 4- En esta situación, la fase es de valor nulo y en consecuencia el giro del campo estará determinado por las corrientes de las fases R y T.

Instante  5- El  nuevo giro del campo magnético, le posibilita la corriente que circula a través de las fases T y S ya que es nula la de R.

Instante  6- Nuevamente la fase  T pasa  por le valor cero, el campo gira 60º por efectos de las corrientes circulantes a través de las fases S y R.

Instante  7- Tal como se  puede  observar,  el campo magnético ha girado 360º, lo que queda reflejado en le esquema correspondiente.

FIGURA 29 – Obtención DE UN CAMPO GIRATORIO MEDIANTE UNA CORRIENTE TRIFASICA


PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO  DEL MOTOR Asincrónico

Hemos considerado en que forma se produce un campo magnético giratorio utilizando corrientes trifásicas,  es oportuno aprovechar estos conocimientos para explicar como se logra el giro del rotor. Sabemos que en realidad las cosas  no ocurren de esa  manera, o sea,  el campo giratorio se  obtiene  con  corrientes  trifásicas  como acabamos de explicar, pero ocurre que las figuras se complicarían sin necesidad.

Comenzaremos por observar la figura 30 en la que se ha representado un par de polos magnéticos que rota, se  trata evidentemente de un campo giratorio cuyas líneas de fuerza «cortan»  al rotor, es fácil apreciar la similitud de este fenómeno con el experimento de Arago explicado al comenzar esta lecciónFIGURA 30 – LA ESPIRA INICIA SU GIRO.


 Automáticamente la corriente inducida en la espira genera su propio campo magnético que presenta  la polaridad señalada en la figura.

En la figura 31, el campo inductor continúa su giro y en la espira se desarrolla por supuesto la corriente inducida.
Es evidente que al no presentar la espira campo magnético alguno, no se produce la reacción necesaria para el giro, razón que determina una perdida de velocidad de la espira con respecto al campo inductor.

La situación recién explicada se muestra en la figura

32, donde se supone que la espira por girar a la misma velocidad que le campo inductor,  no recibe tensión inducida.

Debemos entender que la velocidad del rotor, depende en  cierta  forma de  la carga,  si  esta  aumenta,  es necesario  una mayor fuerza de giro para accionar el

FIGURA 32 – AL GIRAR LA ESPIRA Y EL CAMPO INDUCTOR A LA MISMA VELOCIDAD DESAPARECE LA CORRIENTE INDUCIDA



motor. Es evidente que con cargas más pesadas,  el motor gira a menos velocidad que con cargas livianas, pero solo se requiere una leve diferencia de velocidades para producir la variación de corriente que compensa los cambios de carga, por ello a estas máquinas se las considera de velocidad constante.

Descripción DE UN MOTOR Asincrónico Trifásico

Los  motores  trifásicos  se  construyan  para diversas potencias, desde una fracción de HP hasta varios miles caballos  de fuerza; se  caracterizan por su  velocidad prácticamente constante;  en lo referente al par de arranque,  se  los  fabrica con  muy diversas  carac- terísticas, elevado o reducido de acuerdo a la aplicación que se desee. Estas máquinas se usan para el accionamiento de ascensores, grúas, montacargas, etc, pero en lo referente a su construcción, poco podemos agregar ya que son  similares a los  motores de fase partida, aunque no llevan interruptor centrífugo.

El estátor se muestra en la figura 33, está compuesto por una carcaza de fundición, un núcleo de chapas de hierro silicio  y un arrollamiento formado por varias bobinas alojadas en sus correspondientes ranuras.

FIGURA 34 – ROTOR EN JAULA DE ARDILLA DE UN MOTOR Trifásico


bobinado. En la figura 34 se muestra el primero de los mencionados sobre  el que no realizaremos mayores comentarios  ya que  sus  propiedades  eléctricas  y carácterísticas  constructivas  fueron debidamente explicadas en lecciones anteriores.

Sobre los  anillos apoyan escobillas,  a través de las cuales  el  arrollamiento del  rotor  puede  variar su resistencia por medio de un reóstato para producir el arranque de la máquina, bajo condiciones  normales de funcionamiento.  Con referencia a los escudos o tapas, al igual que en otros tipos de motores, van fijados a la carcaza y en ellos se ubican los cojinetes en los que apoya el eje del rotor.

MOTORES TRIFASICOS ASINCRONICOS CON ANILLOS  DESLIZANTES

Considerando  el  motor con  jaula de  ardillas  en  lo referente  a  la  posibilidad  de  variar su  velocidad, frecuentemente sabemos  que no se  adaptan a esa exigencia,  podemos  agregar incluso  que  esto  se encuentra relacionado con las carácterísticas del campo giratorio. En efecto, el término velocidad de sincronismo en los  motores de alterna significa la velocidad que toma el campo giratorio (en r.P.M) esta depende de la frecuencia de la corriente que alimenta a la máquina y el número de polos del arrollamiento del estátor.

r.P. m = 120 x 50 = 1500

FIGURA 35 – ROTOR CON ANILLOS ROZANTES


como el motor gira a un 5 % más despacio  que el campo, la velocidad del motor resulta ser 1424 rpm. Si el cambio de velocidad es definitivo, puede reconectarse el estátor para un número diferente de polos, pero si la velocidad debe cambiar frecuentemente, estaremos  obligados al uso de un aparato conmutador que varíe rápidamente el número de polos. Estos motores, tiene el estátor  y sus  arrollamientos del mismo tipo de los empleados en los de jaula ardilla, pero el rotor presenta alambres o barras de cobre aislado similares en parte a los utilizados en máquinas de corriente continua.

ARRANQUE  Y CONTROL  DE VELOCIDAD

En  la  figura 36,  se  muestra  un  esquema  de  las conexiones para el estátor, el rotor y la resistencia de arranque y control de velocidad de un motor con anillos deslizantes. La resistencia está conectada en estrella, al igual que los devanados del rotor y si se sigue desde cada sección  del devanado del rotor se  comprobará que dos secciones de reóstato regulador se encuentran en serie con él.

Los tres cursores  son brazos de contacto deslizante que se encuentran unidos en el punto central y están dispuestos  para disminuir la resistencia  cuando se hacen girar en sentido  horario.  Esta  resistencia  se utiliza para producir el arranque sin excesiva corriente
Luego se disminuye gradualmente la resistencia  a medida que el motor va adquiriendo velocidad. Una vez que el motor ha alcanzado su velocidad normal, si se intercala nuevamente resistencia en el circuito del rotor disminuye la velocidad en proporción a la resistencia intercalada.

Es  evidente que las  carácterísticas mencionadas favorecen el accionamiento de la máquina cuando  debe  ponerse  en  marcha y detenerse  con frecuencia  o  cuando  el  arranque es  difícil  por  la naturaleza de la carga incluyendo los  casos  en que debe variarse la velocidad entre límites mayores de los que puede obtenerse cambiando el número de polos de los motores de jaula de ardilla.

FIGURA 36 – REOSTATO CONECTADO A UN MOTOR Trifásico DE ANILLOS ROZANTES PARA CONTROL DEL ARRANQUE Y VELOCI- DAD


ARRANCADOR  ESTRELLA TRIANGULO

Este  sistema  se  utiliza para motores  cuya potencia supera los 3 HP, consiste  en proveer al motor de un dispositivo externo que permita conectar sus devanados en estrella o en triángulo. El dispositivo no es  más  que  un  sistema  de  conmutación de  tres posiciones;  estrella  triángulo y paro.  Es  importante destacar la que la disposición que estamos considerando, es adecuada para motores cuyos devanados están calculados para trabajar en triángulo, cuando  la máquina trabaja en  las  condiciones  de régimen, cada fase recibe toda la tensión de la línea, pero si cambiamos la conexión triángulo por la posición estrella,  cada fase  recibe  una tensión  1,73  veces menor, lo que trae aparejado una disminución de la corriente.

Este cambio de conexiones, puede hacerse en la placa de bornes de la máquina. Podemos observar que cada borne mantiene una misma separación con los bornes inmediatos, esto se cumple tanto en sentido vertical como en el horizontal, de esta manera pueden efectuarse las conexiones con unos puentes metálicos con dos  orificios  que guardan la misma separación que los bornes.

Los conductores R, S y T son por supuesto los correspondientes  a la red de alimentación trifásica y como vemos alimentan a los  extremos  A, B y C de arrollamientos.

Desde el punto A, un devanado llega al terminal E y queda unido eléctricamente al extremo B del segundo devanado por intermedio del puente metálico central.
Por sus extremos opuestos los arrollamientos finalizan en los puntos A, B Y C como lo indica el esquema.

De acuerdo a lo visto al comenzar esta lección, resulta claro que las  conexiones  recién indicadas  permiten que un motor pueda trabajar con tensiones distintas, por ejemplo, si la red de alimentación trifásica entrega

380 volt, el bobinado del estátor deberá conectarse en estrella; en caso de que la red sea trifásica de 220

volt los bobinados del estátor se conectarán en triángulo. En la figura sus contactos móviles están desplazados hacia la derecha lo que equivale a conexión «en estrella» del estátor.  En efecto, puede notarse que los terminales internos de los arrollamientos quedan en cortocircuito ya que los  bornes  de la derecha de la llave están eléctricamente unidos.

Cuando la llave se pasa a la izquierda, la conexión del estátor  queda en triángulo ya que cada uno de los arrollamientos es alimentado directamente por dos de las fases de la líneaHtmlImg15.GifEJERCICIOS  DE Autoevaluación BOBINADOS – Envío   4

1) El conexionado de  los  motores universales es similar al  de

a) Los motores shunt de corriente continua.                                                                                              (     )

b) Los motores serie de corriente continua.                                                                                                (     )

2) En un  motor serie de  corriente continua, al  invertir  la  polaridad de  la  tensión aplicada

a) El rotor invierte su giro.                                                                                                                              (     )

b) El rotor mantiene su sentido de giro.                                                                                                       (     )

3) Una  elevada histéresis  magnética

a) Favorece el funcionamiento del motor.                                                                                                   (     )

b) Disminuye el rendimiento del motor.                                                                                                       (     )

4) Los  motores de  repulsión logran desarrollar  un  par  de  arranque elevado

a) Con corrientes relativamente bajas.                                                                                                         (     )

a) Con corrientes elevadas.                                                                                                                            (     )

5) En los  motores de  repulsión, las  escobillas deben estar

a) Perfectamente aisladas entre sí.                                                                                                              (     )

b) Unidas eléctricamente mediante un cortocircuito.                                                                                 (     )

6) En los  motores de  repulsión, el  giro  del  rotor  se produce cuando

a) Las escobillas se ubican sobre la zona neutra.                                                                                     (     )

b) Las escobillas se ubican desplazadas unos 15 grados de la línea neutra.                                     (     )

7) Los  motores de  repulsión en  el  arranque e  inducción en  régimen se caracterizan por

a) Su pequeño par de arranque.                                                                                                                    (     )

a) Su elevado par de arranque.                                                                                                                     (     )

8) En los  motores de  repulsión en  el  arranque e  inducción en  el  régimen, la  utilización del  colector  radial permite

A) Colocar el mecanismo centrifugo sin aumentar innecesariamente

las dimensiones del motor.                                                                                                                            (     )

b) Evitar el chisporroteo bajo las escobillas.                                                                                               (     )



9) En los  motores asincrónicos trifásicos con  jaula  de  ardillas, el  rotor  gira

A) a menor velocidad con carga que en vacío

(     )

B) a igual velocidad con carga que en vacío

(     )

10) Cuando el  lugar  donde trabaja  un  motor es posible que  se produzcan explosiones o  incendios,  conviene utilizar

A) un motor con anillos rozantes

(     )

B) un motor con rotor en jaula de ardilla

(     )

11) Cuando se desea variar  a  voluntad en  una  amplia gama la  velocidad, es conveniente utilizar

A) un motor con rotor en jaula de ardilla

(     )

B) un motor con anillos rozantes

(     )

12) Los  reostatos  trifásicos de  arranque sirven

A) para reducir la corriente de arranque únicamente

(     )

B) para reducir la corriente de arranque y regular la velocidad del motor

(     )

13) En el  rotor  de  un  motor asincrónico trifásico la  corriente inducida es máxima cuando

A) la velocidad del campo giratorio es igual a la del rotor

(     )

B) es máxima la diferencia de velocidades entre el campo giratorio y el rotor

(     )

14) En los  motores con  anillos rozantes,  los  arrollamientos del  rotor  generalmente están dispuestos

A) en estrella

(     )

B) en triángulo

(     )

15) En el  motor asincrónico  trifásico con  jaula  de  ardilla

A) el rotor gira a igual velocidad que el campo giratorio

(     )

B) el rotor gira a menor velocidad que el campo giratorio

(     )

16) En corriente trifásica la  conexión en  estrella  equivale a

A) la uníón de tres bobinas en un punto central

(     )

B) la uníón de tres bobinas por sus extremos

(     )

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