165286100 Motores de Induccion Monofasicos

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  • [MOTORES

    MONOFSICOS]

    por

    [Espinoza Danny]

    [Salazar V. Ma. Gabriela]

    [QUINTO NIVEL A]

    INGENIERA MECATRNICA

    ESPE

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    TABLA DE CONTENIDO

    TABLA DE ILUSTRACIONES ...............................................................................................................................2

    INTRODUCCIN ...........................................................................................................................................4

    MOTORES DE INDUCCIN MONOFSICOS ...........................................................................................5

    CONSTRUCCIN DE UN MOTOR DE INDUCCIN MONOFSICO ...................................................................5

    CARACTERSTICA DE PAR O MOMENTO DE TORSIN-VELOCIDAD.............................................................7

    PRINCIPIO DE OPERACIN ........................................................................................................................8

    PAR CON EL ROTOR BLOQUEADO ........................................................................................................... 11

    MOTOR DE INDUCCIN DE FASE PARTIDA. .................................................................................................. 12

    MOTOR DE ARRANQUE POR CONDENSADOR DE FASE PARTIDA .............................................................. 13

    MOTOR CON CONDENSADOR DE FASE PARTIDA PERMANENTE (DE UN SOLO VALOR) ............................. 14

    MOTOR CON CONDENSADOR DE DOS VALORES .......................................................................................... 15

    MOTOR DE INDUCCIN DE ESPIRAS DE SOMBRA ......................................................................................... 16

    MOTOR DE INDUCCIN DE ARRANQUE POR RELUCTANCIA. ........................................................................ 18

    MOTORES SNCRONOS............................................................................................................................. 20

    GENERALIDADES ................................................................................................................................... 20

    CNSTRUCCIN ..................................................................................................................................... 20

    FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES SNCRONOS .................................................................................. 23

    ARRANQUE DE MOTORES SNCRONOS .................................................................................................... 24

    PAR DE HISTRESIS ................................................................................................................................ 25

    PAR DE RELUCTANCIA............................................................................................................................ 25

    MOTOR DE RELUCTANCIA ........................................................................................................................... 26

    MOTOR DE HISTRESIS ............................................................................................................................... 27

    MOTORES SUBSNCRONOS .......................................................................................................................... 28

    MOTORES MONOFSICOS DE COLECTOR ........................................................................................... 29

    EL PRINCIPIO DE REPULSIN .................................................................................................................. 29

    MOTOR DE REPULSIN COMERCIAL............................................................................................................ 32

    MOTOR DE INDUCCIN DE ARRANQUE POR REPULSIN .............................................................................. 34

    MOTOR DE INDUCCIN-REPULSIN ............................................................................................................ 34

    MOTOR UNIVERSAL.................................................................................................................................... 35

    MOTOR SERIE DE AC ................................................................................................................................. 36

    BIBLIOGRAFA ................................................................................................................................................ 39

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    TABLA DE ILUSTRACIONES

    MOTORES DE INDUCCIN MONOFSICOS ...........................................................................................5

    Fig. 1- 1Vista de corte de un motor monofsico ............................................................................................. 5

    Fig. 1- 2 (a) Estator laminado desnudo de un motor monofsico de 1/4HP. Las 36 ranuras estn aisladas con

    un forro de papel. El rotor de jaula de ardilla es idntico al de un motor trifsico (b) Cuatro polos del

    devanado principal estn insertados en las ranuras. (c) Cuatro polos del devanado auxiliar estn montados

    sobre el devanado principal. ............................................................................................................................ 6

    Fig. 1- 3 (a) Vista plana del devanado principal de un motor de 36 ranuras y 4 polos, que muestra el nmero

    de vueltas por bobina. (b) Posicin del devanado auxiliar con respecto al devanado principal. ..................... 6

    Fig. 1- 4 Devanados principal y auxiliar de un motor monofsico de 2 polos. ............................................... 7

    Fig. 1- 5Corrientes en las barras del rotor cuando el rotor est bloqueado. Las fuerzas resultantes se

    cancelan entre s y no se produce momento de torsin. ................................................................................... 7

    Fig. 1- 6Curva tpica de momento de torsin-velocidad de un motor monofsico .......................................... 8

    Fig. 1- 7 Corrientes inducidas en las barras del rotor debido a la rotacin. Producen en flujo r que acta

    perpendicular al flujo s del estator. ............................................................................................................... 8

    Fig. 1- 8 Corrientes y flujo instantneos en un motor monofsico con el devanado principal excitado. La

    duracin de un ciclo es T segundos y las condiciones se muestran a intervalos sucesivos de un cuarto de

    ciclo. (a) La corriente Is del estator es mxima, la corriente Ir del rotor es cero. (b) La corriente del estator

    es cero, la corriente del rotor es mxima; sin embargo, r es menor que s. (c) La corriente del estator es

    mxima, pero negativa. (d) La corriente del rotor es mxima, pero negativa. (e) Despus de un ciclo

    completo (t=T) se repiten las condiciones. (f) El flujo resultante en el entrehierro gira en sentido contrario

    al de las manecillas del reloj a velocidad sncrona. Su amplitud vara de un s mximo a un r mnimo. ... 11

    Fig. 1- 9 Corrientes y flujos en reposo cuando los devanados principal y auxiliar son energizados. Se

    produce un campo rotatorio elptico .............................................................................................................. 11

    Fig. 1- 10 Esquema de conexin y relaciones de fase de un motor de induccin de fase partida de arranque

    por resistencia. ............................................................................................................................................... 12

    Fig. 1- 11 Esquema de conexin y relaciones de fase de un motor de induccin de fase partida de arranque

    por condensador. ........................................................................................................................................... 14

    Fig. 1- 12 Esquema de conexin, relaciones de fase y caractersticas de tensin de un motor de fase partida

    permanente. ................................................................................................................................................... 15

    Fig. 1- 13 Esquemas de conexin de dos tipos de motores con condensador de dos valores. ...................... 16

    Fig. 1- 14 Construccin general y principio del motor con espiras de sombra. ............................................ 17

    Fig. 1- 15 Mtodos para invertir los motores con espiras de sombra. .......................................................... 18

    Fig. 1- 16 Motor de induccin de arranque por reluctancia y establecimiento del campo giratorio ............. 19

    MOTORES SNCRONOS ............................................................................................................................ 20

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    Fig. 2- 1. Mquina sncrona del tipo de inducido mvil y polos de excitacin salientes............................... 21

    Fig. 2- 2. Empleo del devanado de compensacin para neutralizar la fuerza electromotriz del inducido. .... 21

    Fig. 2- 3. Mquina sncrona de inductor mvil. ............................................................................................ 22

    Fig. 2- 4 Polo de una mquina sncrona de AC en la que se ve el devanado de amortiguamiento. ............... 23

    Fig. 2- 5 Par resultante cero desarrollado por los conductores del estator de un motor sncrono cuando el

    rotor est en reposo. ....................................................................................................................................... 23

    Fig. 2- 6 Par en igual sentido cuando el rotor gira a velocidad sncrona. ...................................................... 24

    Fig. 2- 7 Campo magntico giratorio de flujo constante producido por las armaduras de un estator polifase

    ....................................................................................................................................................................... 24

    Fig. 2- 8 Diferencias entre laminaciones y devanados de induccin de arranque y de funcionamiento de

    motores sncronos excitados (tipo histresis) ................................................................................................ 26

    Fig. 2- 9 Caracterstica velocidad-par de un motor de reluctancia. ............................................................... 27

    Fig. 2- 10 Dos tipos de laminaciones de alta retentividad de motores sncronos no excitados (tipo de

    histresis). ...................................................................................................................................................... 27

    MOTORES MONOFSICOS DE COLECTOR ........................................................................................... 29

    Fig. 3- 1 Posicin del neutro rgido mostrando una corriente mxima, sin par. ............................................ 30

    Fig. 3- 2 Posicin del neutro flexible indicando corriente nula, sin par. ....................................................... 31

    Fig. 3- 3 Eje de escobillas entre el neutro rgido y el neutro flexible originando flujo de transformacin y de

    par con el correspondiente par motor. ........................................................................................................... 32

    Fig. 3- 4 Motor de repulsin prctico. .......................................................................................................... 33

    Fig. 3- 5 Caractersticas velocidad-par de un motor de repulsin ................................................................ 33

    Fig. 3- 6 Caracterstica velocidad-par de un motor de arranque por repulsin. ............................................ 34

    Fig. 3- 7 Caracterstica par-velocidad de un motor de induccin-repulsin. ................................................ 35

    Fig. 3- 8 Funcionamiento del motor serie o universal. ................................................................................. 36

    Fig. 3- 9 Motor serie de AC .......................................................................................................................... 37

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    INTRODUCCIN

    Los motores monofsicos son los motores elctricos ms conocidos porque se utilizan en aparatos

    domsticos y herramientas porttiles. En general se emplean cuando no se dispone de potencia trifsica.

    Existen muchos tipos de motores monofsicos en el mercado, cada uno diseado para satisfacer una

    aplicacin especfica.

    Se utilizan diversas tcnicas para producir el campo magntico giratorio que se necesita para el arranque,

    sin embargo, un rotor de induccin, una vez arrancado mediante un campo magntico giratorio, continuar

    funcionando mediante alimentacin monofsica.

    La carga y los requerimientos de uso de motores monofsicos son de gran importancia debido a la falta de

    mantenimiento preventivo en las viviendas. Los motores serie monofsicos AC se prevn para servicios

    que requieran gran potencia como en gras, ascensores y en traccin (locomotoras elctricas), pudiendo

    oscilar sus potencias desde unos pocos caballos hasta varios miles. Los alternadores y motores sncronos

    monofsicos se utilizan ampliamente en servicio de ferrocarriles. En general, las mquinas de mayor

    capacidad son realmente mquinas sncronas, trifsicas, conectadas en estrella, desequilibradas con una fase

    abierta y, como tales, se utilizan en potencias de hasta varios miles de caballos en grupos motor-generados

    en locomotoras.

    Debido a que un motor de induccin monofsico es esencialmente no autoarrancador, o sea, no posee el

    verdadero campo magntico giratorio que es fundamental en el motor de induccin polifsico, se emplean

    diversos mtodos para iniciar la rotacin del rotor en jaula de ardilla. En consecuencia, se ha establecido

    una clasificacin de los motores de induccin monofsicos basada en el tipo de arranque, motores sncronos

    monofsicos y motores monofsicos de tipo colector, como se describe:

    I. Motores de induccin monofsicos

    A. Motores de fase partida

    1. Motor de arranque por resistencia.

    2. Motor de arranque por condensador.

    3. Motor de condensador de fase partida permanente (un solo valor)

    B. Motor de induccin de arranque por reluctancia.

    C. Motor de induccin con espiras de sombra.

    D. Motor de induccin de arranque por repulsin.

    II. Motores sncronos monofsicos

    A. Motor de reluctancia.

    B. Motor de histresis.

    C. Motor subsncrono.

    III. Motores monofsicos tipo colector

    A. Motor de repulsin.

    B. Motor de induccin-repulsin.

    C. Motor de serie de AC

    D. Motor universal

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    MOTORES DE INDUCCIN MONOFSICOS

    CONSTRUCCIN DE UN MOTOR DE INDUCCIN MONOFSICO

    Los motores de induccin monofsicos son muy similares a los de induccin trifsicos. Se componen de un

    rotor de jaula de ardilla y un estator (fig. 1) El estator tiene un devanado principal o de marcha, el cual

    crea un juego de polos N, S. Tambin tiene un devanado auxiliar ms pequeo que slo opera durante el

    breve periodo en que arranca el motor. El devanado auxiliar tiene el mismo nmero de polos que el

    devanado principal.

    Fig. 1- 1Vista de corte de un motor monofsico

    La fig. 1- 2 muestra los pasos progresivos para devanar un estator de 36 ranuras y 4 polos. Comenzando

    con el estator de hierro laminado, en las ranuras se insertan primero aislantes de papel llamados forros de

    ranura. Luego el devanado principal se coloca en las ranuras (figs. 1-2a y 1-2b). A continuacin se inserta

    el devanado auxiliar de modo que sus polos queden montados sobre los del devanado principal (fig. 1- 2c).

    (a)

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    (b) (c)

    Fig. 1- 2 (a) Estator laminado desnudo de un motor monofsico de 1/4HP. Las 36 ranuras estn aisladas con un forro de papel.

    El rotor de jaula de ardilla es idntico al de un motor trifsico (b) Cuatro polos del devanado principal estn insertados en las

    ranuras. (c) Cuatro polos del devanado auxiliar estn montados sobre el devanado principal.

    Cada polo del devanado principal consta de un grupo de cuatro bobinas concntricas, conectadas en serie

    (fig. 1- 3a). Los polos adyacentes se conectan de modo que produzcan polaridades N, S alternas. La ranura

    vaca en el centro de cada polo (mostrada como una lnea punteada vertical) y las ranuras parcialmente

    llenas a ambos lados de ella se utilizan para alojar el devanado auxiliar. ste tiene slo dos bobinas

    concntricas por polo (fig. 1- 3c)

    Fig. 1- 3 (a) Vista plana del devanado principal de un motor de 36 ranuras y 4 polos, que muestra el nmero de vueltas por

    bobina. (b) Posicin del devanado auxiliar con respecto al devanado principal.

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    La fig. 1- 4 muestra un estator de 2 polos; el gran devanado principal y el devanado auxiliar ms pequeo

    estn desplazados a ngulos rectos entre s.

    Fig. 1- 4 Devanados principal y auxiliar de un motor monofsico de 2 polos.

    CARACTERSTICA DE PAR O MOMENTO DE TORSIN-VELOCIDAD

    La fig. 1-5 es un diagrama esquemtico del rotor y devanado principal de un motor de induccin

    monofsico de 2 polos. Suponga que el rotor est bloqueado. Si se aplica un voltaje de AC al estator, la

    corriente resultante Is produce un flujo de AC s. El flujo pulsa de ida y vuelta, pero a diferencia del flujo

    en un estator trifsico, no se produce campo rotatorio. El flujo induce un voltaje de AC en el rotor

    estacionario, el que, a su vez, crea grandes corrientes alternas en el rotor. De hecho, el rotor se comporta

    como el secundario en cortocircuito de un transformador; por consiguiente, el motor no tiende a arrancar

    por s mismo (fig. 1- 6).

    Fig. 1- 5Corrientes en las barras del rotor cuando el rotor est bloqueado. Las fuerzas resultantes se cancelan entre s y no se

    produce momento de torsin.

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    Fig. 1- 6Curva tpica de momento de torsin-velocidad de un motor monofsico

    Sin embargo, si hacemos girar el rotor en una direccin o la otra, continuar girando en la direccin de la

    rotacin. En realidad, el rotor se acelera con rapidez hasta que alcanza una velocidad un poco menor que la

    velocidad sincrnica. La aceleracin indica que el motor desarrolla un par o momento de torsin positivo

    en cuanto comienza a girar. La fig. 1- 6 muestra la curva momento de torsin-velocidad tpica cuando el

    devanado principal es excitado. Aunque el momento de torsin de arranque es cero, el motor desarrolla un

    poderoso par o momento de torsin a medidas que se aproxima a la velocidad sincrnica.

    PRINCIPIO DE OPERACIN

    En cuanto el rotor comienza a girar, se induce una fem de velocidad E en los conductores del rotor cuando

    atraviesan el flujo s del estator. (fig. 1- 7)

    Fig. 1- 7 Corrientes en las barras del rotor debido a la rotacin. Producen en flujo r que acta perpendicular al flujo s del

    estator.

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    Este voltaje se incrementa a medida que se incrementa la velocidad del rotor, y hace que fluyan corrientes

    Ir en las barras del rotor que estn frente a los polos del estator. Estas corrientes producen un flujo de AC r

    que acta perpendicular al flujo s del estator. Igualmente importante es el hecho de que el flujo r no

    alcanza su valor mximo al mismo tiempo que s, debido a la inductancia del rotor.

    La accin combinada de s y r produce un campo magntico rotatorio, similar al que se produce en un

    motor trifsico. El valor de r se incrementa conforme se incrementa la velocidad y llega a ser casi igual

    que s a la velocidad sncrona. Esto explica, en parte, por qu el momento de torsin se incrementa

    conforme el motor se acelera.

    Podemos entender cmo se produce el campo rotatorio empleando la fig. 1- 8. Es una visin global de las

    corrientes y flujos creados por el rotor y el estator, respectivamente, a intervalos de tiempo sucesivos. Se

    supone que el motor est funcionando muy por debajo de la velocidad sncrona, por lo que r es mucho

    menor que s. Observando el flujo en las imgenes sucesivas de la fig. 1- 8, es obvio que la combinacin

    de s y r produce un campo rotatorio. Adems, el flujo es intenso horizontalmente y ms o menos dbil

    verticalmente. Por lo tanto, la intensidad del campo a baja velocidad sigue el patrn elptico mostrado en la

    fig. 1- 8f. El flujo gira en sentido contrario al de las manecillas del reloj en la misma direccin que el rotor.

    Adems gira a velocidad sncrona, independientemente de la velocidad real del rotor. A medida que el

    motor se aproxima a la velocidad sncrona, r llega a ser casi igual a s y se produce un campo rotatorio

    casi perfecto.

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    Fig. 1- 8 Corrientes y flujo instantneos en un motor monofsico con el devanado principal excitado. La duracin de un ciclo

    es T segundos y las condiciones se muestran a intervalos sucesivos de un cuarto de ciclo. (a) La corriente Is del estator es

    mxima, la corriente Ir del rotor es cero. (b) La corriente del estator es cero, la corriente del rotor es mxima; sin embargo, r

    es menor que s. (c) La corriente del estator es mxima, pero negativa. (d) La corriente del rotor es mxima, pero negativa. (e)

    Despus de un ciclo completo (t=T) se repiten las condiciones. (f) El flujo resultante en el entrehierro gira en sentido

    contrario al de las manecillas del reloj a velocidad sncrona. Su amplitud vara de un s mximo a un r mnimo.

    PAR CON EL ROTOR BLOQUEADO

    Para producir un par o momento de torsin de arranque en un motor monofsico, debemos crear de algn

    modo un campo rotatorio. Esto se hace aadiendo un devanado auxiliar, como se muestra en la fig. 1- 9.

    Cuando los devanados principal y auxiliar estn conectados a una fuente de AC, el devanado principal

    produce un flujo s, mientras que el devanado auxiliar produce un flujo a. Si los dos flujos estn fuera de

    fase, de modo que a se atrasa o se adelanta a s, se establece un campo rotatorio.

    Fig. 1- 9 Corrientes y flujos en reposo cuando los devanados principal y auxiliar son energizados. Se produce un campo

    rotatorio elptico

    El lector ver de inmediato que el devanado auxiliar produce un fuerte flujo a durante el periodo de

    aceleracin cuando el flujo r del rotor es dbil. Por consiguiente, a fortalece a r, con lo cual se produce

    un poderoso momento de torsin tanto en reposo como a bajas velocidades.

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    MOTOR DE INDUCCIN DE FASE PARTIDA.

    La fig. 1- 10a muestra el esquema de conexiones de los dos devanados de un motor de induccin de fase

    partida.

    El devanado de arranque tiene menos espiras y el hilo es de menor seccin que el devanado de marcha. El

    devanado de arranque, por consiguiente, presenta una resistencia elevada y una reactancia reducida.

    Inversamente, el devanado de marcha (hilo de mayor seccin y ms espiras) presenta una resistencia

    reducida y una reactancia elevada. A causa de su menor impedancia, la corriente en el devanado de

    marcha, Ir, es mayor que la corriente en el devanado de arranque, Is.

    En la fig. 1- 10b se indican las relaciones de fase de las corrientes a rotor bloqueado en el momento del

    arranque. La corriente en el devanado de arranque, Is, est retrasada respecto de la tensin de alimentacin

    en unos 15, en tanto que la corriente en el devanado de marcha, que es mayor, est retrasada respecto de la

    tensin monofsica en unos 40. A pesar del hecho de que la corriente en los dos devanados en cuadratura

    en el espacio n oes igual, las componentes en cuadratura son prcticamente iguales.

    Fig. 1- 10 Esquema de conexin y relaciones de fase de un motor de induccin de fase partida de arranque por resistencia.

    Si los devanados estn desplazados 90 en el espacio y si las componentes en cuadratura de la corriente,

    que estn desfasadas en 90. Son prcticamente iguales, se produce un campo giratorio bifsico equivalente

    en el arranque que desarrolla el par de arranque suficiente para acelerar el rotor en el sentido del campo

    giratorio producido por las corrientes.

    Cuando el rotor acelera, genera su propia fem de rotacin y tiene a producir un par resultante en virtud de

    su propia rotacin en un sentido particular. El par desarrollado por el campo principal pulsatorio (producido

    por el devanado en marcha) supera el desarrollado por ambos devanados a un valor del desplazamiento de

    alrededor del 15%. Asimismo la corriente de marcha sola producira menos prdida ya que se eliminaran

    las prdidas del devanado de arranque. Por estas razones, como se indica en la figura 10, se utiliza un

    interruptor centrfugo (normalmente cerrado en reposo) que abra a un deslizamiento de alrededor de un

    25% (par mximo como motor monofsico), con lo que el motor alcanza su deslizamiento nominal

    (aproximadamente el 5% o menos segn la carga aplicada) como motor monofsico en virtud de su propio

    campo transversal.

    Con la finalidad de invertir el sentido de rotacin de cualquier motor de fase partida, es necesario invertir

    las conexiones de los terminales del devanado auxiliar de arranque con respecto al devanado principal de

    marcha. Esto producir un campo giratorio bifsico en sentido opuesto. La inversin reconectando

    (cambiando las conexiones entre terminales), evidentemente, nunca puede realizarse en marcha, como a

    veces se hace con los motores de induccin polifsicos. En el caso de un motor de arranque por resistencia

    monofsico, no sucede nada incluso si los contactos de interruptor centrfugo se puentean y se alimenta el

    devanado de arranque. Puesto que el par monofsico es mayor que el par de campo auxiliar, el motor

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    continuar funcionando como un motor monofsico en el sentido que giraba originalmente. El motor de

    arranque por resistencia de fase partida se clasifica, por tanto, como un motor no reversible.

    Las caractersticas nominales del devanado de arranque se basan en razn de su servicio intermitente. Si el

    interruptor centrfugo se avera y no se abre, el excesivo calor producido por el devanado de arranque de

    alta resistencia aumentar tanto la temperatura del estator, que los dos devanados pueden averiarse por

    sobrecalentamiento. Los motores de fase partida ms usuales que emplean aislamientos mejorados,

    presentan una muy larga vida en funcionamiento normal, pero muchos motores excelentes se han averiado

    a causa de un interruptor centrfugo defectuoso.

    La corriente de arranque a rotor bloqueado vara entre 5 a 7 veces la corriente nominal y el par de arranque

    de 1,5 a 2 veces el par normal. El motor de arranque por resistencia de fase partida es por lo general un

    motor de potencia fraccional y, puesto que su rotor es pequeo, presenta poca inercia. El resultado es que

    la corriente de arranque relativamente elevada disminuye casi instantneamente en el arranque de forma

    que no existiran inconvenientes con corrientes elevadas. Los inconvenientes principales de este motor son

    su bajo par de arranque, que sometido a una fuerte carga, el deslizamiento supera el 5%, reduciendo la fem

    de rotacin y produciendo un par elptico o pulsante que hace al motor algo ruidoso, y que su control de la

    velocidad es relativamente difcil, ya que la velocidad sncrona del flujo rotatorio del estator est

    determinada por la frecuencia y el nmero de polos desarrollados en el devanado estatrico de marcha. Se

    utiliza en aplicaciones para accionar cargas que son ruidosas: quemadores de aceite, mquinas

    herramientas, pulidoras, mquinas lavadoras, lavavajillas, ventiladores, sopladores de aire, compresores de

    aire y pequeas bombas de agua.

    MOTOR DE ARRANQUE POR CONDENSADOR DE FASE PARTIDA

    El motor de fase partida mencionando anteriormente se ha dominado motor de arranque por resistencia

    debido a que la diferencia de impedancia en el devanado de arranque o auxiliar se deba a la elevada

    resistencia de su devanado de arranque. A fin de mejorar el par de arranque relativamente pequeo del

    motor de fase partida se intercala un condensador en el devanado auxiliar para originar casi un desfase de

    90 entre las corrientes de los devanados de arranque y de marcha, en lugar de aproximadamente 25.

    El empleo del condensador tambin tiende a reducir (en cierta medida) la corriente inicial total a rotor

    bloqueado, ya que mejora el factor de potencia proporcionando una componente de corriente que adelanta a

    la tensin aplicada. En la fig. 1- 11a puede verse un motor de arranque por condensador. En la tabla 1

    aparecen los valores aproximados de la capacidad para los motores de arranque por condensador de 1/8 a

    3/4hp.

  • | 14

    Fig. 1- 11 Esquema de conexin y relaciones de fase de un motor de induccin de fase partida de arranque por condensador.

    A causa de que el condensador tiene unas caractersticas de servicio intermitente (adems de las

    caractersticas nominales de servicio intermitente del devanado de arranque), un interruptor de arranque

    defectuoso en un motor de arranque por condensador puede daar no tan slo los devanados sino el

    condensador mismo.

    El motor de arranque por condensador, a diferencia del motor de fase partida de arranque por resistencia es

    un motor reversible, Si se desconecta temporalmente de la alimentacin, la velocidad del motor disminuye

    hasta un deslizamiento del 20% (alrededor de cuatro veces el deslizamiento nominal del 5%), con lo que el

    interruptor centrfugo se cierra. Si al mismo tiempo, las conexiones del devanado auxiliar de arranque se

    invierten respecto del devanado de marcha y se conectan de nuevo a la alimentacin, se establecer un

    campo bifsico giratorio opuesto al sentido de rotacin del rotor. A diferencia del motor de arranque por

    resistencia, cuyas corrientes principal y auxiliar slo estn desfasadas en 25, el motor de arranque por

    condensador presenta un desfase a 82 aproximadamente.

    En el motor de arranque por condensador, por consiguiente, el par de campo auxiliar o par bifsico

    supera al par monofsico de la fem de rotacin producido por el campo transversal del rotor. El campo

    giratorio invertido, movindose en sentido opuesto al de rotacin del rotor, frena el motor (reduciendo la

    fem de rotacin y el par del campo transversal an ms), lo para e invierte su sentido de rotacin. El motor

    acelera hasta un deslizamiento del 20% en sentido opuesto y, cuando el interruptor centrfugo se abre, el

    motor alcanza la velocidad nominal como un motor de induccin monofsico en sentido opuesto.

    Debido a su mayor par de arranque, de 3,5 a 4, 5 veces el par nominal y su corriente de arranque reducida

    para la misma potencia en el momento del arranque, el motor de arranque por condensador se fabrica

    ordinariamente en tamaos de hasta 7,5 hp. En virtud de su mayor para de arranque, los motores de fase

    partida de arranque por condensador se utilizan en bombas, compresores, unidades de refrigeracin,

    acondicionadores de aire y mquinas lavadoras grandes en las que se precisa un motor monofsico para

    desarrollar un elevado par de arranque baja carga y que sea reversible.

    MOTOR CON CONDENSADOR DE FASE PARTIDA PERMANENTE (DE UN

    SOLO VALOR)

    Debido a la reversibilidad del motor de fase partida de arranque por condensador, se ha desarrollado un

    motor monofsico que tiene dos devanados permanentes. Debido a que funciona continuamente como un

    motor de fase partida permanente, no se precisa interruptor centrfugo. El motor arranca y funciona gracias

    a la particin de fase cuadratura producida por dos devanados idnticos desfasado temporal y

    espacialmente. Como resultado, este motor no posee el elevado par de marcha producido tanto en el motor

    de arranque por resistencia como de arranque por condensador. El valor del condensador se determina en

    funcin de una marcha ptima en lugar de por su caracterstica de arranque. En el momento del arranque, la

    corriente en la rama capacitiva es muy pequea. El resultado es que el motor de fase partida permanente

  • | 15

    con condensador de un solo valor tiene un par de arranque muy pobre, de alrededor del 50% al 100% del

    par nominal.

    Como se indica en la fig. 1- 12a, un conmutador permite que el condensador de aceite se conecte fcilmente

    a uno u otro de los devanados. Las ventajas de este motor son que no necesita un interruptor centrfugo y se

    invierte fcilmente debido a su reducido par de marcha. Adems es un motor cuya velocidad puede

    controlarse fcilmente mediante las variaciones en la tensin de la red, como se indica en las figs. 12a y c.

    Las relaciones de fase del motor en marcha se indican en la fig. 1- 12b para una determinada posicin del

    conmutador indicada en la fig. 1- 12a. Debido al campo magntico giratorio casi uniforme creado por

    devanados iguales cuyas corrientes idnticas estn desfasadas en casi 90, el par es casi uniforme y el motor

    no presenta el caracterstico zumbido pulsatorio que presentan la mayora de motores monofsicos cuando

    estn cargados. El valor del condensador para servicio continuo se elige de forma que las corrientes de

    marcha sean iguales y desplazadas, como se indica en la fig. 1- 12b, entre tres cuartas partes de la carga y a

    plena carga.

    Fig. 1- 12 Esquema de conexin, relaciones de fase y caractersticas de tensin de un motor de fase partida permanente.

    Adems de su ventaja como motor de fcil inversin, el motor de fase partida permanente con condensador

    es fcilmente adaptable al control de la velocidad mediante variaciones en la tensin de alimentacin.

    MOTOR CON CONDENSADOR DE DOS VALORES

    El motor con condensador de dos valores combina el funcionamiento silencioso y el limitado control de la

    velocidad de un motor de fase partida permanente con condensador, con el elevado para de arranque del

    motor de arranque por condensador. Se utilizan dos condensadores durante el perodo de arranque. Uno de

    ellos, un condensador electroltico de arranque similar al utilizado para el servicio intermitente del motor

    de fase partida de arranque por condensador es de capacidad elevada (alrededor de 10 a 15 veces el valor

    del condensador de marcha), y es desconectado del circuito por un interruptor centrfugo cuando el

    deslizamiento alcanza el 25% aproximadamente.

    En general, se utilizan dos mtodos para obtener la necesaria capacitancia elevada en el arranque y la

    menor capacitancia durante la marcha que emplean ambos interruptores centrfugos para conseguir

    conmutacin. El primer mtodo se indica en la fig. 1- 13a en paralelo con un condensador de aceite a travs

    de un interruptor centrfugo normalmente cerrado en el arranque. El condensador electroltico de gran

    capacidad y servicio intermitente se desconecta a alrededor del 75% de la velocidad sncrona, produciendo

    por tanto el necesario par de arranque elevado. Entonces, el motor contina acelerando como un motor con

  • | 16

    condensador, con el valor ptimo de la capacitancia del condensador de marcha de aceite para el

    funcionamiento a o cerca de la carga nominal.

    Fig. 1- 13 Esquemas de conexin de dos tipos de motores con condensador de dos valores.

    El segundo mtodo emplea solamente un condensador de alta tensin de aceite combinado con un

    autotransformador, indicado en la fig. 1- 13b. Esta tcnica utiliza el principio de transformador de la

    reactancia capacitiva reflejada desde el secundario del autotransformador de la reactancia capacitiva

    reflejada desde el secundario del autotransformador hasta el primario.

    Como en el caso de los motores monofsicos de arranque por resistencia y de arranque por condensador, un

    interruptor centrfugo defectuoso tambin puede causar graves daos. La principal ventaja del motor con

    condensador de dos valores es su elevado par de arranque, junto con un funcionamiento silencioso y un

    buen par de marcha. Se le califica tambin como motor de inversin; cuando las conexiones de un

    devanado se invierten, el motor se invierte de la forma usual.

    El motor con condensador de dos valores ha encontrado aplicacin reciente en pequeas unidades

    domsticas de acondicionamiento de aire que utilizan este motor en su compresor y funciona en tomas de

    15A.

    MOTOR DE INDUCCIN DE ESPIRAS DE SOMBRA

    El motor de espiras de sombra es en general un motor pequeo de potencia fraccional no superior a 1/16 hp,

    pero se han fabricado motores de hasta 1/4 hp. La mayor cualidad de este motor estriba en su extrema

    simplicidad: un devanado rotrico monofsico, un rotor de fundicin en jaula de ardilla y unas piezas

    polares especiales. A pesar de tener un devanado monofsico es autoarrancador.

    La fig. 1- 14a. Muestra la constitucin general de un motor de dos polos salientes con espiras de sombra.

    Las piezas polares especiales se hacen de chapa, y alrededor de la porcin menor de la pieza polar se arrolla

    una bobina de sombra cortocircuitada (o un anillo de cobre de una sola espira). La bobina de sombra,

    separada del devanado de excitacin de AC principal, sirve para proporcionar la fase auxiliar del flujo de

    excitacin principal retrasando la variacin de flujo en el segmento menor.

    Como se indica en la fig. 1- 14b, cuando en los polos de excitacin el flujo tiende a aumentar, se induce una

    corriente de cortocircuito en la bobina de sombra que por la ley de Lenz se opone a la fuerza y al flujo que

    la producen. Por lo tanto, cuando el flujo aumenta en cada polo de excitacin, hay una concentracin de

    flujo en la porcin principal de cada polo, en tanto que la porcin sombreada se opone al flujo del campo

    principal. En el punto c indicado en la fig. 1- 14e, la velocidad de variacin de flujo y de corriente es nula y

    no existe fem inducida en la bobina de sombra. En consecuencia, el flujo est distribuido uniformemente

  • | 17

    entre los polos. Cuando el flujo disminuye, la corriente en la bobina de sombra se invierte a fin de mantener

    el flujo en el mismo sentido resultando que el flujo crece en la porcin sombreada del polo.

    Se observa en las figs. 14b, c y d, durante estos intervalos, que el efecto neto de la distribucin de flujo en

    el polo ha sido producir un movimiento de barrido del flujo a lo largo de la cara polar que representa una

    rotacin en el sentido de las agujas del reloj. El flujo en la porcin del polo sombrado, siempre est

    retrasado en el tiempo respecto del flujo en el segmento principal, as como espacialmente. El resultado es

    que se produce un campo magntico giratorio suficiente para originar un pequeo desequilibrio en los pares

    del rotor tal que el par en el sentido de las agujas del reloj exceda al par en el sentido contrario (o viceversa)

    y el rotor gira siempre en el sentido del campo giratorio.

    Fig. 1- 14 Construccin general y principio del motor con espiras de sombra.

    A fin de invertir el sentido de rotacin, se emplean mtodos como las siguientes:

    El primero de estos mtodos consiste en conectar las bobinas de sombra en serie en las correspondientes

    porciones sombreadas y cortocircuitarlas mediante un interruptor. Esto se indica en la fig. 1- 15a, en la que

    las bobinas de sombra en los extremos de los polos salientes que se alcanzan en primer lugar en un lado

    estn cortocircuitados en caso de giro en el sentido de las agujas del reloj, y los extremos del polo que se

    alcanzan en primer lugar en el lado opuesto del polo estn cortocircuitados en caso de giro en sentido

    contrario al de las agujas del reloj. Sin embargo, en ningn instante, ambos grupos de extremos polares que

    se alcanzan en primer lugar estn cortocircuitados.

    El segundo mtodo se utiliza generalmente con estatores de polos no salientes. En la fig. 1- 15b pueden

    verse dos devanados distribuidos distintos, A y B, a 90 con respecto a los polos sombreados

    cortocircuitados. Cuando A es alimentado, el sentido del flujo es el mismo que el de las agujas del reloj:

    devanado A, polo sombreado A; devanado A (en el lugar de B) y polo sombreado B. Cuando B es

    alimentado, el sentido del flujo es contrario al de las agujas del reloj: devanado B, bobina sombreada A,

    devanado B distribuido en A y bobina sombreada B.

    El tercer mtodo indicado en la fig. 1- 15c, tambin utiliza un solo devanado distribuido continuo con

    tomas apropiadas en los puntos a 90. Cuando las tomas de un grupo son alimentadas a travs de un

    interruptor bipolar de doble posicin, el rotor gira en el sentido de las agujas del reloj. Cuando las tomas de

    un segundo grupo, desfasadas 90 con respecto a las bobinas de sombra son alimentadas, el motor gira en

    sentido opuesto.

  • | 18

    Fig. 1- 15 Mtodos para invertir los motores con espiras de sombra.

    El motor con espiras de sombra es robusto, barato, de pequeo tamao y precisa poco mantenimiento. La

    corriente en reposo a rotor bloqueado es slo ligeramente superior a su corriente nominal normal, de modo

    que puede permanecer parado durante cortos perodos sin dao. Su reducido par de arranque limita su

    aplicacin a los motores de tocadiscos, proyectores cinematogrficos, asadores elctricos, ventiladores y

    sopladores pequeos, plataformas giratorias en escaparates de tiendas, y otras cargas relativamente ligeras.

    Los mtodos bsicos de control de velocidad utilizan un medio para reducir la tensin de alimentacin de

    AC para producir un aumento de deslizamiento.

    MOTOR DE INDUCCIN DE ARRANQUE POR RELUCTANCIA.

    Otro motor de induccin que emplea un estator con entrehierro no uniforme es el motor de arranque por

    reluctancia. Su rotor es el clsico de jaula de ardilla, que desarrolla para una vez iniciada la rotacin por el

    principio de reluctancia. Debido a los entrehierros desiguales entre el rotor y los polos salientes no

    uniformes indicados en la fig. 1- 16, sobre el flujo de excitacin principal se produce un efecto de barrido.

    El principio de reluctancia segn el que el motor funciona es, en pocas palabras, que, cuando el entrehierro

    es pequeo, la autoinduccin en el devanado de excitacin es grande, lo que determina que en el devanado

    de excitacin, la corriente est retrasada respecto del flujo que la induce (en un circuito fuertemente

    inductivo, la intensidad est retrasada respecto de la tensin y el flujo en casi 90). Inversamente, cuando el

    entrehierro es muy grande, disminuye la autoinduccin, con lo que la corriente est ms en fase con el

    flujo. Por consiguiente, el flujo mutuo del entrehierro se retrasa en las proximidades del entrehierro menor,

    produciendo un efecto de barrido similar al originado en el motor con espiras de sombra. Puesto que los

    flujos estn desfasados ligeramente en el tiempo en el espacio, en todos los polos de excitacin se produce

    un campo magntico giratorio, en los instantes t1, t2 y t3, sucesivamente, como se indica en la fig. 1- 16.

  • | 19

    Fig. 1- 16 Motor de induccin de arranque por reluctancia y establecimiento del campo giratorio

    Aparte de invertir los polos del estator, no hay forma de variar el sentido de rotacin del motor de

    induccin de arranque por reluctancia. El funcionamiento siempre tiene lugar en el sentido del entrehierro

    grande al entrehierro pequeo.

    Generalmente se prefiere el motor con espiras de sombra al motor de induccin de arranque por reluctancia,

    ya que no es ms costoso de fabricar, tiene mejores pares de arranque y marcha y es fcilmente reversible.

    El control de la velocidad del motor de induccin de arranque por reluctancia es igual que el de los motores

    con espiras de sombra.

  • | 20

    MOTORES SNCRONOS

    Estos motores son maquinas sncronas que se utilizan para convertir potencia elctrica en potencia

    mecnica de rotacin, teniendo como caracterstica principal que trabajan a velocidad constante que

    depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos constructivos de la mquina. La diferencia con

    los motores sncronos es la puesta en marcha ya que requiere de maniobras especiales a no ser que se

    cuente con un sistema automtico de arranque. Adems el motor sncrono al operar de forma sobrexcitada

    consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia.

    Existen mquinas sncronas (AC) con inducido mvil y un inductor fijo y mquinas sncronas (AC) con un

    inductor mvil y un inducido fijo.

    GENERALIDADES

    Para que un motor sea considerado sncrono de AC debe cumplir alguna de las dos condiciones siguientes:

    Una disminucin de la corriente de excitacin y de la fem generada (inferior a la tensin de

    barras).

    Una disminucin de la velocidad instantnea de la mquina de AC

    La velocidad de este motor viene determinada por el nmero de polos y la frecuencia, o sea N=120f/P,

    como la frecuencia de las barras que alimenta el motor es constante, y el numero de polos tambin, se

    concluye que la velocidad de este motor es constante. El inducido de este motor no solo necesita y recibe

    corriente de AC sino que tambin requiere D.C. para su excitacin. Como se puede variar la excitacin de

    un motor sncrono de AC posee una caracterstica que no tiene otro tipo de motor de AC: el factor de

    potencia al cual funciona puede hacerse variar a voluntad.

    Otra caracterstica poco usual es que inherentemente no arranca por s mismo, lo cual significa que debe

    llevarse a su funcionamiento a su velocidad mediante medios auxiliares y luego debe conectarse a la lnea.

    Adems estos motores poseen susceptibilidad a las oscilaciones, particularmente cuando las cargas estn

    sometidas a variaciones bruscas o no son uniformes durante un ciclo de revolucin, como en caso de

    estampadores, cizallas, compresores o bombas; pero con la ayuda de amortiguadores en la estructura de los

    rotores ha terminado con este problema y con esto ha sido posible que el motor sncrono pueda arrancar por

    si mismo como motor de induccin.

    Los motores sncronos presentan las siguientes ventajas con respecto a los motores de induccin:

    1. Pueden usarse para la correccin del factor de potencia, adems de suministrar par para accionar

    cargas.

    2. Mayor rendimiento con F.P=1 que los motores de induccin de las correspondientes potencia y

    tensin nominales.

    3. Los rotores de los polos de excitacin permiten el uso de entrehierros ms anchos que los

    correspondientes al tipo de jaula de ardilla usados en los motores de induccin, exigiendo menos

    tolerancia de cojinetes y permitiendo un mayor desgaste de cojinetes.

    4. Pueden resultar menos caros a igualdad de potencia, velocidad y tensin nominales. Esta

    diferencia de coste vara de acuerdo a las tcnicas de fabricacin relativas del estator y del rotor ya

    que para tamaos medios (50-500HP y bajas velocidades) y potencias y velocidades altas resulta

    mejor en cuanto a costo.

    CNSTRUCCIN

  • | 21

    CONSTRUCCIN DE MQUINAS SNCRONAS CON INDUCIDO MVIL

    Posee el mismo tipo de estator que una mquina de D.C. lo cual significa que el estator consta de:

    Un yugo o carcasa cilndrica de acero fundido o laminado. Este yugo sirve de soporte y a la vez

    proporciona un camino de retorno para el flujo en el circuito magntico creado por los devanados

    de excitacin.

    Los devanados de excitacin son electroimanes cuyos amperios-vuelta proporcionan una fuerza

    electromotriz adecuada para producir en el entrehierro el flujo que se precisa para generar una

    fuerza electromotriz. Estos devanados se colocan en los polos de excitacin.

    Fig. 2- 1. Mquina sncrona del tipo de inducido mvil y polos de excitacin salientes.

    Los polos de excitacin, construidos de chapas de acero y unidos mediante pernos o soldados a la

    carcasa tras haber introducido en ellos el conjunto de devanados de excitacin. La zapata del polo

    es curva y ms ancha que el ncleo del polo a fin de distribuir el flujo ms uniforme.

    Los polos auxiliares (interpolos) y sus devanados tambin estn montados sobre la carcasa de la

    mquina.

    Los devanados de compensacin, son opcionales; conectados de la misma forma que los

    devanados interpolares, pero estn colocados en ranuras axiales de la zapata del polo de

    excitacin.

    Fig. 2- 2. Empleo del devanado de compensacin para neutralizar la fuerza electromotriz del inducido.

  • | 22

    Las escobillas y portaescobillas, como los devanados interpolar y de compensacin, forman parte

    del circuito del inducido. Las escobillas estn formadas de carbono y grafito, sujetas a la estructura

    del estator y mediante muelles se asegura que mantengan contacto firme con las delgas del

    colector.

    Detalles mecnicos, unidos mecnicamente al yugo.

    El devanado de excitacin es alimentado por una fuente de D.C. y el devanado del inducido (rotor) se saca

    al exterior a travs de anillos rozantes y de un colector, como se indica en la figura 2-1b. si a los anillos

    rozantes se les aplica AC, la mquina funciona como motor de AC y generador de D.C. simultneamente,

    en cambio si se aplica D.C. a las escobillas, la mquina funciona como motor D.C. y el alternador funciona

    en AC simultneamente.

    CONSTRUCCIN DE MQUINAS SNCRONAS DE INDUCTOR MVIL

    En esta mquina, el devanado de excitacin es alimentado mediante una fuente de D.C. a travs de dos

    anillos rozantes y el inducido se conecta directamente a una carga. Si el inducido se conecta a una carga de

    alimentacin monofsica de AC, la mquina funcionar como motor sncrono y el rotor girar a una

    velocidad sncrona en sincronismo con el campo giratorio que establece el devanado del estator

    determinado por el nmero de polos y la frecuencia de alimentacin. El rotor puede ser saliente como en la

    figura 2-3a o liso como en la figura 2-3b, y si se lo hace girar a una velocidad sncrona mediante un motor

    primario, la mquina funcionar como alternador monofsico.

    Fig. 2- 3. Mquina sncrona de inductor mvil.

    Bsicamente la construccin de un motor sncrono de AC es la misma que la de un alternador. El estator

    tiene un devanado monofsico idntico. El rotor generalmente de polos salientes, excepto en los tipos de

    velocidad muy elevada. Para eliminar oscilaciones y desarrollar el par de arranque necesario cuando se

    aplica una tensin de AC al estator, los polos del rotor contienen conductores en la cara del polo que estn

    cortocircuitados en sus extremos, como lo muestra la figura 2-4. Este devanado amortiguador consta de

    barras de cobre homogneo alojadas en la superficie de la cara del polo y cortocircuitadas en cada extremo

    mediante conexiones puenteadoras, como se muestra en la fig. 2-4b.

  • | 23

    Fig. 2- 4 Polo de una mquina sncrona de AC en la que se ve el devanado de amortiguamiento.

    FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES SNCRONOS

    Como se nombr anteriormente, este motor inherentemente no arranca por s mismo, es decir que no puede

    hacerlo sin un devanado amortiguador. Esto puede verse en la fig. 2-4, en la que se aplica una corriente

    alterna al arrollamiento del estator, y en la que se ve el sentido instantneo de la corriente en los lados de

    una bobina dada del inducido, A y B. tanto los polos norte como sur estarn sometidos a un par

    electromagntico que mueve los polos hacia la izquierda. En el instante siguiente (1/120 s despus) la

    frecuencia cambia el sentido de la corriente en la bobina, y los polos reciben un par en sentido opuesto

    como se ve en la figura 2-5. Debido a la alta inercia del rotor, el par resultante que se produce en un

    segundo es cero, puesto que el motor ha sido empujado alternativamente en sentido horario y opuesto, 60

    veces en ese segundo si es que se trabaja a una frecuencia de 60Hz.

    Fig. 2- 5 Par resultante cero desarrollado por los conductores del estator de un motor sncrono cuando el rotor est en reposo.

    En cambio, si por algn medio se mueve el motor en sentido horario a velocidad sncrona o a una velocidad

    cercana, como en la figura 2-6, se desarrollar un par en los lados de la bobina A y B, lo que har que el

    motor contine movindose en el sentido del reloj. El desplazamiento en el espacio del polo en grados

    elctricos para la velocidad sncrona se corresponde con la inversin de 180 del sentido de la corriente en

    la bobina del inducido, y el par resultante producido tiene el mismo sentido.

    La relacin entre el campo giratorio del estator y los polos del rotor puede verse en la figura 2-6a. Los

    polos norte y sur, respectivamente, del rotor, que giran a una velocidad sncrona, quedan enclavados en

    sincronismo con el campo giratorio sncrono del inducido resultante del estator. As un polo N del rotor

    queda enclavado en sincronismo con un polo S del estator y viceversa, girando ambos en el mismo sentido

    horario, en sincronismo a la velocidad sncrona.

  • | 24

    Fig. 2- 6 Par en igual sentido cuando el rotor gira a velocidad sncrona.

    Si se coloca una carga en el eje sncrono, el par resistente de la carga har que el motor disminuya de

    velocidad momentneamente, pero continuar girando a la misma velocidad respecto al campo giratorio del

    estator. La velocidad del rotor continua siendo la sncrona respecto al campo giratorio, pero el flujo del

    rotor o el flujo mutuo en el entrehierro se reduce ligeramente, como muestra la figura 2-7b, debido a la

    mayor reluctancia del entrehierro.

    Fig. 2- 7 Campo magntico giratorio de flujo constante producido por las armaduras de un estator polifase

    Si el par resistente es tan grande que supera el par mximo desarrollado y si el rotor cae fuera de

    sincronismo, el motor sncrono se parar. As, un motor sncrono o gira a velocidad sncrona o no gira.

    Cuando el rotor disminuye su velocidad, el campo giratorio del estator desliza, en relacin con los polos del

    rotor, tan rpidamente que estos son incapaces de enclavarse sincrnicamente con el campo giratorio del

    estator. Esta es la razn de que un rotor en reposo tambin sea incapaz de arrancar. En un instante dado, un

    polo N de un rotor est atrado por el polo S del estator que se est aproximando, produciendo un par en

    sentido antihorario de la fig. 2-7b, y en el siguiente instante, el mismo polo N es atrado en sentido opuesto

    por un polo S del rotor, que pasa produciendo un par en sentido horario, o sea un par resultante cero.

    ARRANQUE DE MOTORES SNCRONOS

  • | 25

    Es evidente que el motor sncrono debe llevarse a una velocidad suficientemente cercana a la velocidad

    sincrnica, a fin de quedar en sincronismo con el campo giratorio. Los medios con los cuales se lleva hasta

    la velocidad correspondiente son:

    1. Un motor de D.C. acoplado al eje del motor sncrono.

    2. El uso de la excitatriz como motor de D.C.

    3. Un pequeo motor de induccin de por lo menos un par de polos menos que el inductor sncrono.

    4. El uso de los devanados amortiguadores como motor de induccin de jaula de ardilla.

    El primer mtodo se usa a veces en laboratorios con motores sncronos no equipados con devanados

    amortiguadores. Generalmente, el motor sncrono est pensado como motor de accionamiento de velocidad

    constante para el generador de D.C. pero para llevar el motor a sincronismo, el generador de D.C. se hace

    funcionar como motor, y la mquina sncrona de AC se sincroniza a la fuente de AC como alternador. El

    motor de D.C. no actuar como generador si su corriente de excitacin aumenta de manera que su fem

    generada sea mayor que la tensin en barras de D.C.

    El segundo mtodo es igual al primero excepto que la excitatriz se hace funcionar como motor y que la

    mquina sncrona de AC est sincronizada a la fuente de AC

    El tercer mtodo en el cual se usa un motor de induccin auxiliar con menos polos, implica el mismo

    procedimiento de sincronizacin para motor sncrono de AC que un alternador. Se necesitan como mnimo

    un par de polos menos en el motor de induccin para compensar la prdida de velocidad del motor de

    induccin debida al deslizamiento.

    En los tres mtodos anteriores, es necesario:

    1. Que haya poca o ninguna carga sobre el motor sncrono

    2. Que la capacidad del motor de arranque (D.C. o AC) est comprendida entre el 5 y 10% de la

    potencia nominal del motor sncrono acoplado a l.

    ARRANQUE DE UN MOTOR SNCRONO COMO MOTOR DE INDUCCIN

    MEDIANTE SUS DEVANADOS AMORTIGUADORES

    Obviamente el mtodo ms comn de arranque de un motor sncrono, es como motor de induccin

    mediante sus devanados amortiguadores, este devanado se lo puede observar en la figura 2-4a y b.

    Cuando se arranca un motor sncrono sobre sus devanados amortiguadores se tiene que:

    1. El devanado de excitacin de D.C. es cortocircuitado y se aplica la AC al estator, llevndolo al

    motor a la velocidad de vaco como motor de induccin.

    2. Se aplica D.C. al devanado de excitacin la corriente de excitacin se regula de manera ue se

    absorba una corriente mnima de la red de AC

    HISTRESIS

    La histresis es la diferencia mxima que se observa en los valores

    RELUCTANCIA

    La oposicin al flujo magntico se llama reluctancia. La reluctancia de un objeto depende del material y de

    las dimensiones del mismo. Si las dimensiones se suponen constantes, podemos comparar la reluctancia de

    varios materiales. Los materiales

  • | 26

    La relacin entre potencia mecnica externa o interna, par y velocidad para cualquier motor viene dada por:

    Independientemente del modo de funcionamiento, expresar el par electromagntico desarrollado por los

    conductores del inducido de una mquina sncrona de AC bien sea (1) como motor para producir el giro del

    rotor, o (2) como generador, para producir un par resistente consecuencia de la circulacin de la corriente

    generada en los conductores del inducido.

    Se ha establecido que, al aumentar la carga mecnica aplicada al eje de un motor sncrono, aumenta el

    ngulo de carga , aumentando a su vez la diferencia de tensin resultante Er,

    MOTOR DE RELUCTANCIA

    Fig. 2- 8 Diferencias entre laminaciones y devanados de induccin de arranque y de funcionamiento de motores sncronos

    excitados (tipo histresis)

    Son motores de induccin sncronos monofsicos de polos salientes. Si el rotor de cualquier motor de

    induccin monofsico distribuido uniformemente se altera de manera que las chapas tiendan a producir

    polos de rotor salientes, como muestra la figura 2-8b, la reluctancia del camino del flujo del entrehierro ser

    mayor cuando no existan conductores alojados en las ranuras. Tal tipo de motor, que llega a velocidades de

    un motor de induccin, pueden ponerse en sincronismo con la excitacin monofsica de AC pulsatoria

    debido al par de reluctancia desarrollados en los salientes de hierro que tienen entrehierros de menor

    reluctancia.

    La caracterstica par velocidad de un motor de reluctancia sncrono monofsico puede verse en la figura 2-

    9. El motor arranca en cualquier condicin entre 300 y 400% de su par de plena carga como motor

    bifsico., como resultado del campo magntico giratorio creado por un devanado de arranque y de marcha.

    A cerca de los tres cuartos de la velocidad sncrona, un interruptor centrfugo abre el devanado de arranque,

    y el motor contina desarrollando un par monofsico debido solamente a su devanado de marcha. Al

    acercarse a la velocidad sncrona, el par de reluctancia es suficiente para poner el rotor en sincronismo

    monofsico, no excitado de velocidad constante hasta un poco por encima del 200% de su par de plena

    carga. Si se carga por encima del valor de su par lmite, continuar funcionando como motor de induccin

    monofsico hasta aproximadamente el 500% de su par nominal.

  • | 27

    Fig. 2- 9 Caracterstica velocidad-par de un motor de reluctancia.

    MOTOR DE HISTRESIS

    Los motores de induccin-sncronos, cilndricos, monofsicos (de polos lisos) o motores con bobina de

    sombreo estn clasificados como motores de histresis. La diferencia entre este motor y del apartado

    anterior estaba en:

    1. La forma del rotor

    2. La naturaleza del par inducido

    Mientras el motor de reluctancia es llevando al sincronismo y funciona debido al par de reluctancia, el

    motor de histresis es llevado al sincronismo y funciona debido al par de histresis. Las chapas del tipo

    histresis, mostrados en la figura 2-10, se fabrican generalmente con acero endurecido de elevada

    retentividad, en lugar de acero de mquina comercial de baja retentividad.

    Fig. 2- 10 Dos tipos de laminaciones de alta retentividad de motores sncronos no excitados (tipo de histresis).

  • | 28

    Como resultado del campo magntico giratorio producido por la fase auxiliar o por un estator con bobinas

    de sombreo, se inducen corrientes parsitas en el acero del rotor que circulan por los dos caminos de las

    barras del rotor mostrados en la figura 2-9a. Un acero de alta retentividad produce unas elevadas prdidas

    de histresis y consume una cantidad apreciable de energa del campo giratorio invirtiendo el sentido de la

    corriente del rotor. Al mismo tiempo el campo magntico del rotor creado por las corrientes circulatorias,

    hace que el rotor gire. Se produce un par de arranque elevado como resultado de la elevada resistencia del

    rotor. Al aproximarse el rotor a la velocidad sncrona, la frecuencia de inversin de la corriente en las

    barras transversales disminuye y el motor resulta magnetizado permanentemente en un sentido, como

    resultado de la elevada retentividad del rotor de hacer. Con dos polos de excitacin, el rotor mostrado en la

    figura a, desarrollar una velocidad de 3600rpm a 60Hz. El motor funciona como motor de histresis con

    un par de histresis debido a que el rotor est permanentemente magnetizado.

    El valor de par producido como resultado de esta magnetizacin no es tan elevado como el par de

    reluctancia. Pero el par de histresis es extremadamente constante tanto en amplitud como en fase, a pesar

    de las fluctuaciones de la tensin de alimentacin, con lo que es extremadamente utilizado para accionar los

    tocadiscos y magnetfonos de alta calidad. Como el par de reluctancia puede producirse de manera ms

    barata que el par de histresis para las mismas potencias fraccionales, los motores sncronos de histresis de

    par elevado de buena calidad son ms caros que los motores sncronos de par de reluctancia de la misma

    potencia nominal.

    MOTORES SUBSNCRONOS

    Es otro tipo de motor subsncrono cuya chapa de polo saliente puede verse en la figura 2-9b. Este motor

    arranca de la misma manera que el motor de histresis descrito anteriormente. A la velocidad sncrona, los

    polos del rotor inducidos en un rotor de histresis permanecen en puntos fijos sobre la superficie del rotor al

    girar este en sincronismo con el campo magntico giratorio del estator. Debe tambin hacerse notar que el

    par de histresis es eficaz cuando ambos rotores (fig. 2-9) giran a una velocidad menor que la sncrona. Por

    ejemplo, la chapa del rotor subsncrono que muestra la fig. 2-9b tiene 16 polos y girar a 450rpm. Pero el

    par de histresis, contrariamente al par de reluctancia, es independiente de la velocidad del rotor. Si el rotor

    est girando a una velocidad menor que la sncrona, los polos inducidos se mueven sobre la superficie del

    rotor a una velocidad de deslizamiento, o sea, a una velocidad igual a la diferencia entre la velocidad

    sncrona y la velocidad del rotor.

    En el caso del motor subsncrono, si el par aplicado es demasiado grande para su velocidad sncrona normal

    basada en el nmero de polos del rotor saliente, el motor girar a una velocidad subsncrona determinada

    por un mltiplo del nmero de polos. Como el par vara inversamente con la velocidad al disminuir la

    velocidad, el motor subsncrono puede proporcionar todava pares bastante elevados a una velocidad

    constante baja.

    Una distincin final entre el par de reluctancia y el par de histresis es que todos los motores de par de

    reluctancia requieren un par de arranque de motor de induccin para llegar cerca de la velocidad sncrona a

    la que la puesta en sincronismo pueda tener lugar como resultado del par de reluctancia, y el motor

    funciona como motor de reluctancia a una velocidad sncrona constante. Por tanto, ningn motor de

    reluctancia es capaz de arrancar por si mismo.

    Los motores de histresis y los motores subsncronos, son capaces de arrancar por s mismos y llegan a

    plena velocidad sncrona, desarrollando una elevada resistencia del rotor debido a las prdidas de histresis

    y, en consecuencia, un par de arranque bastante elevado, pero un par de histresis en marcha menor que los

    motores de par de reluctancia.

  • | 29

    MOTORES MONOFSICOS DE COLECTOR

    Los motores monofsicos de colector estn equipados con un colector y escobillas. Este grupo consta de

    dos clases: aquellos que funcionan segn el principio de repulsin en los que la energa se transfiere

    inductivamente desde el devanado de excitacin estatrico monofsico hasta el rotor, y aquellos que

    funcionan segn el principio del motor serie, en los que la energa es transportada por conduccin, tanto al

    inducido rotrico como a la excitacin estatrica monofsica conectada en serie.

    EL PRINCIPIO DE REPULSIN

    El estator de un motor de repulsin es igual que el de un motor de induccin en que las ranuras estn

    distribuidas uniformemente en la periferia del estator. El devanado tambin es un devanado bi, tetra o

    hexapolar estndar distribuido alrededor del estator para originar los polos necesarios. No se utilizan

    devanados auxiliares o partidos. La estructura del estator de un motor de repulsin es intercambiable con el

    estator de cualquier motor de induccin monofsico.

    Las chapas del estator son intercambiables con las de casi cualquier motor de induccin (excepto el motor

    con espiras de sombra). En las figuras a continuacin se representa un estator bipolar.

    El rotor de un motor de repulsin es muy similar al inducido de CC, ordinariamente con devanado

    imbricado con uno o ms pares de escobillas segn los pares de polos para los que se devana el estator. Sin

    embargo, estas escobillas estn cortocircuitadas y el portaescobillas puede girar para variar la posicin de

    las escobillas con respecto al eje polar.

    La fig. 3-1a muestra el sentido instantneo del flujo de excitacin, f, producido por un estator bipolar. De

    acuerdo con la ley de Lenz, en el devanado del inducido de anillo de gramme del rotor se establece una fem

    inducida que se opone al flujo de excitacin. Las fem inducidas individualmente se combinan

    vectorialmente en cada una de las dos ramas produciendo una polaridad instantnea positiva en la escobilla

    de la izquierda y una polaridad negativa en la escobilla de la derecha. Por el conductor de cortocircuito que

    conecta las dos escobillas circula la corriente mxima. Cuando el flujo se invierte, 180 grados elctricos

    ms tarde, la polaridad de la escobilla tambin se invierte debido a que las fem inducidas tambin lo hacen,

    y en sentido opuesto circula la corriente mxima. La fig. 3-1b muestra las corrientes instantneas en las

    escobillas y en los devanados correspondientes al sentido del flujo de excitacin sealado en la fig. 3-1a.

    No se produce par til como resultado de esta circulacin de corriente, sin embargo; como puede

    observarse segn las fuerzas perpendiculares por cada conductor normal al sentido de la corriente y al

    campo magntico. Para cada conductor debajo de un polo N que tiende a producir un par en el sentido de

    las agujas del reloj (b a a). Existe un conductor que tiende a producir un par en el sentido contrario (b a a).

    El rotor del motor est, en consecuencia, fijo con el rotor bloqueado en una posicin neutra rgida

    (corriente mxima). La fig. 3-1c tambin muestra que todo el flujo de excitacin, f, est produciendo flujo

    de transformacin x (despreciando la dispersin), con el resultado de que el rotor no produce flujo

    ortogonal que reaccione contra este campo. No puede haber rotacin sin esta interaccin de campos.

  • | 30

    Fig. 3- 1 Posicin del neutro rgido mostrando una corriente mxima, sin par.

    Si el eje de la escobilla se desplaza 90 del eje polar, como se indica en la fig. 3-2, en el inducido se

    originan las mismas fem instantneas como resultado del mismo flujo instantneo; pero, debido a la

    posicin de la escobilla, no circula corriente en el circuito exterior. La suma de las fem entre escobilla en

    cada rama es cero, como se indica en las fig. 3-2a y b. Puesto que no circula corriente, los conductores no

    producen flujo perpendicular al par, como se indica en la fig. 3-2c y el rotor est en reposo en una posicin

    neutra flexible (corriente nula).

    Si el eje de la escobilla se desplaza cierto ngulo desde el eje polar, siendo menor de 90, se produce

    rotacin. Aunque las fem son an las mismas que en las fig. 3-1a y 3-2a, se produce un desequilibrio de

    fem en cada rama a causa de la posicin de la escobilla con el resultado de que la corriente circula en

    proporcin a la diferencia de tensin existente en los conductores del rotor, como se indica en las figs. 3-3a

    y b. El eje de las escobilla es x-x y el eje polar contina siendo a-a. Ntese que por los conductores desde

    a a x y desde a a x circula corriente en sentido opuesto al de su tensin inducida, debido a que la tensin

    a-x y la tensin x-a exceden a la tensin a-x. Ahora existe un desequilibrio de conductores debajo de

    polos N y S, respectivamente, por los que circula corriente en un sentido determinado y el rotor gira en el

    sentido de las agujas del reloj como resultado de estas fuerzas, como se indica en la fig. 3-3a. Otra manera

    de indicar esto puede verse en la fig. 3-3c. El flujo neto del inducido, a, segn la ley de Lenz, debe haber

    sido producido por un flujo de transformacin, x, que es una componente del flujo de excitacin, f. Por

    consiguiente, hay una componente en cuadratura del flujo de excitacin, t, denominada flujo de par. El

    flujo de par, t, es una componente del flujo de excitacin, f, que forma ngulo recto con el flujo del

    inducido, a, que tiende a producir rotacin a travs de la interaccin (o repulsin) de los campo

    perpendiculares entre s. Por lo tanto, la repulsin entre los mapos del rotor y el estator determina la

    rotacin del rotor; de ah el nombre de motor de repulsin.

  • | 31

    Fig. 3- 2 Posicin del neutro flexible indicando corriente nula, sin par.

    Debe notarse que el par es nulo a cero grados (corriente mxima) o posicin neutra rgida, y que el par

    tambin es cero en la posicin flexible a 90 (corriente nula). Puesto que el par es el producto del flujo de

    inducido (producido por la corriente de inducido) por el flujo del par (producido por la excitacin como

    resultado de la separacin de la posicin neutra rgida), es evidente que el par mximo se presentar ms

    cerca de la posicin neutra rgida si la corriente de inducido es elevada. En los motores comerciales, el par

    mximo de un motor de repulsin del tipo de escobillas desplazables se presenta ordinariamente cuando

    es de 25 contados desde la posicin neutra rgida.

    Debe notarse que se produjo una rotacin en el sentido de las agujas del reloj cuando el eje de las escobillas

    se desplaz de la posicin neutra rgida en el sentido de las agujas del reloj o sea en el mismo sentido. El

    desplazamiento del eje de las escobillas en sentido contrario al de las agujas del reloj desde la posicin

    neutra flexible provoca el giro en este sentido.

  • | 32

    Fig. 3- 3 Eje de escobillas entre el neutro rgido y el neutro flexible originando flujo de transformacin y de par con el

    correspondiente par motor.

    MOTOR DE REPULSIN COMERCIAL

    Puesto que los rotores del motor de repulsin tienen ordinariamente inducidos con devanado imbricado, un

    devanado estatrico de AC tetrapolar requerira dos pares de escobillas; un estator hexapolar, etc. Cada par

    de escobilla estara cortocircuitado y desplazado 90 mecnicos (para el tetrapolar) o 60 mecnicos (para

    el hexapolar). La mayora de motores de repulsin comerciales son tetra o hexapolares, correspondiendo a

    los polos producidos por el tipo de devanados estatricos de AC utilizados. Adems, los devanados

    estatricos son devanados de excitacin partida que constan de dos excitaciones conectadas en serie

    desplazadas 90 elctricos en el estator. Las escobillas se disponen a lo largo del eje de uno de estos

    devanados, denominado de excitacin de transformacin, x, y un ngulo de 90 elctricos con el otro

    devanado, denominado de par, f. La relacin del inducido con estos devanados puede verse en la fig. 3-4a.

    Ntese que el flujo resultante, r, producido por los dos devanados indicados en la fig. 3-4b, tiene el mismo

    efecto que el sealado en el esquema de la fig. 3-3c sin necesidad de desplazar escobillas. El empleo de

    dos devanados separados da lugar a una mayor componente del flujo del par, reduciendo la corriente de

    inducido requerida para producir un par determinado, as como mejorando el factor de potencia. En un

    motor comercial, el factor de potencia es aproximadamente la unidad a la velocidad sncrona y es menor

    que la unidad por encima y por debajo de las velocidades sncronas.

  • | 33

    Fig. 3- 4 Motor de repulsin prctico.

    El motor de repulsin, a diferencia de los diversos motores de induccin monofsicos, es capaz de

    funcionar a velocidades bastante superiores a la velocidad sncrona con cargas ligeras y bastante inferiores

    a la velocidad sncrona con cargas fuertes. Su caracterstica par-velocidad, indicada en la fig. 3-5, es muy

    parecida a la de un motor serie. Y esto se debe a que es, efectivamente, un motor serie acoplado

    inductivamente, en el que la corriente de inducido es suministrada por acoplamiento magntico en lugar de

    por acoplamiento directo conductivo. Como en el motor serie, un aumento de carga en el motor de

    repulsin produce un aumento proporcional de la corriente de inducido (secundario) y de la corriente de

    excitacin del transformador acoplado (primario). Por lo tanto, con cargas fuertes y en el arranque, el motor

    de repulsin desarrolla una corriente de arranque de 1,5 a 2 veces aproximadamente la corriente nominal de

    carga.

    Fig. 3- 5 Caractersticas velocidad-par de un motor de repulsin

    El motor de repulsin prctico indicado de forma esquemtica en la fig. 3-4 no requiere desplazamiento de

    escobillas debido a que el efecto ha sido producido por el flujo resultante de los devanados estatricos. Si

    se desea invertir el sentido de rotacin, ello se conseguir fcilmente invirtiendo las conexiones de

    cualquiera de las dos excitaciones con respecto a la otra. Algunos motores de repulsin comerciales,

    denominados motores de escobillas desplazables, se fabrican con una palanca conectada al portaescobillas;

    estos motores presentan amplios mrgenes de variacin de la velocidad y un control suave, sin

    brusquedades de la misma, alcanzando hasta seis veces la velocidad nominal con las escobillas en el ngulo

    del par mximo hasta velocidad cero en el neutro flexible para una determinada carga.

  • | 34

    El motor de repulsin es muy ruidoso, tiene una regulacin pobre, y exige un mantenimiento peridico del

    colector. El principio de repulsin se aplica a otros dos motores, el motor de induccin de arranque por

    repulsin y el motor de induccin-repulsin.

    MOTOR DE INDUCCIN DE ARRANQUE POR REPULSIN

    Si el colector de un motor de repulsin estuviese completamente cortocircuitado, dara lugar a un rotor del

    tipo jaula de ardilla. El estator de un motor de repulsin es un estator monofsico distribuido, adems, el

    motor de repulsin presenta un par de arranque muy elevado.

    El motor de induccin de arranque por repulsin arranca como un motor de repulsin con sus escobillas

    colocadas en la posicin del par mximo. Cuando la carga ha sido acelerada hasta aproximadamente el 75%

    de la velocidad sncrona, un dispositivo centrfugo incorporado pone a un anillo puenteador en contacto con

    las delgas del colector, convirtiendo al inducido en un rotor de jaula de ardilla. Entonces, el motor funciona

    como un motor de induccin en su caracterstica de induccin (fig. 3-6).

    Fig. 3- 6 Caracterstica velocidad-par de un motor de arranque por repulsin.

    En los tamaos de potencias enteras, el motor de induccin de arranque por repulsin monofsico se

    contina fabricando debido a su elevado par de arranque, reducida corriente de arranque, y capacidad de

    acelerar una carga fuerte ms rpidamente que los motores con condensador doble de gran capacitancia.

    Como desventaja, principalmente en motores de potencia fraccional se menciona su exigencia de

    mantenimiento del colector, inversin difcil de giro, producen mucho ruido durante el arranque y el

    chisporroteo del colector origina interferencias de radio y televisin.

    MOTOR DE INDUCCIN-REPULSIN

    ste motor combina las caractersticas del motor de repulsin con las del motor de induccin. La

    modificacin que se requiere en el rotor tipo colector es la adicin de un devanado de jaula de ardilla. El

    motor de induccin-repulsin, tiene un rotor de doble jaula en el que el devanado superior se conecta a las

    delgas del colector y el devanado inferior (reactancia elevada) es un devanado de jaula de tipo de

    induccin. Los dos devanados rotricos estn aislados entre s y el motor no emplea dispositivos

    centrfugos ni mecanismos de elevacin de las escobillas. Con el devanado de jaula, en el arranque tiene

    una reactancia y una impedancia muy grandes. Por el devanado de jaula circula poca corriente y el par de

    arranque producido por este devanado es despreciable en comparacin con el del devanado de repulsin,

    como se indica en la fig. 3-7.

  • | 35

    Fig. 3- 7 Caracterstica par-velocidad de un motor de induccin-repulsin.

    El motor arranca como un motor de repulsin sobre su caracterstica de repulsin produciendo un par de

    alrededor de 3 o 4 veces el par nominal. Al acelerar el rotor, la frecuencia del rotor y la reactancia del

    devanado de jaula de baja resistencia disminuyen y por l circula ms corriente. Para una determinada carga

    en el rotor, el motor funcionar como un motor combinado de repulsin e induccin. Si la carga disminuye,

    se precisa un menor deslizamiento y la velocidad del motor aumenta, acelerada por su caracterstica de

    repulsin.

    A la carga nominal, el motor funciona aproximadamente a la velocidad de sincronismo y, puesto que el

    devanado tipo jaula del rotor no corta flujo, en l no se induce corriente. A carga inferiores a la nominal el

    motor de repulsin tiende a acelerarse a lo largo de las lneas de su caracterstica de repulsin indicada en la

    fig. 3-7.

    Como se indica en la fig. 3-7, el motor de induccin-repulsin monofsico presenta las ventajas de elevado

    par de arranque, regulacin de velocidad bastante buena y la capacidad de continuar desarrollando para

    bajo la aplicacin de bruscas y fuertes cargas sin inestabilidad. Se fabrica con potencias superiores a un hp

    y se utiliza para accionar bombas alternativas y compresores bastante grandes cuando slo se dispone de

    potencia monofsica. Debido a su velocidad casi constante con la aplicacin de carga, e motor de

    induccin-repulsin tambin se utiliza en mquinas herramientas tales como tornos revlver y grandes

    mquinas para taladrar en las que puede producirse un bloqueo sbito, tambin se utilizan en hornos,

    transportadores, compresores y bombas de profundidad. Lo motores de induccin-repulsin tambin se

    invierten de la misma forma que los motores de induccin de arranque por repulsin. Sus tamaos

    comerciales son desde hp hasta aproximadamente 15 hp.

    MOTOR UNIVERSAL

    Siempre ha existido demanda de un motor que operara en aparatos porttiles y a cualquier frecuencia a

    partir de las fuentes de potencia disponibles en diversas regiones. Las diferencias de tensin en las diversas

    regiones podran subsanarse utilizando un transformador con tomas o una resistencia con tomas junto con

    un motor de tensin nominal superior.

    Si se invierten los terminales de lnea de una fuente de CC, que alimenta un motor de derivacin de CC, el

    motor contina funcionando en el mismo sentido. La aplicacin de corriente alterna como fuente de tensin

    de un motor derivacin, sin embargo, determina un par de arranque o de marcha muy pequeos. La

    excitacin derivacin es altamente inductiva en tanto que el inducido es esencialmente muy resistivo. Por lo

  • | 36

    tanto, el inducido y la excitacin no estn en fase y sus flujos mximos respectivos estn desfasados en un

    ngulo bastante grande, como se indica en la fig. 3-8a, y prcticamente no producen par.

    En el motor serie, por otro lado, ya que el inducido y la excitacin conectada en serie siempre tienen la

    misma corriente, sus campos estn siempre en fase y el par producido ser elevado (=0). Un motor serie

    de CC pequeo, de potencia fraccional, trabaja igualmente bien con AC por las razonas mostradas en la fig.

    3-8b, c y d. Cuando se invierte la polaridad de la alimentacin, tambin se invierten la polaridad de la

    excitacin y el sentido de las corrientes de inducido, por lo que contina desarrollando un par en el mismo

    sentido indicado.

    El motor universal se proyecta para frecuencias comerciales desde 60 Hz hasta CC y para tensiones desde

    250V hasta 1,5V. Se fabrica en potencias de hasta 3/4 HP, particularmente en aspiradoras y mquinas de

    coser industriales. Los tamaos de 1/4 HP o menores se utilizan en taladradoras elctricas porttiles.

    Con frecuencia, se incorporan en el mismo alojamiento del motor universal reductores de engranajes a fin

    de proporcionar un fuerte par a velocidades reducidas y tambin para limitar la elevada velocidad en vaco

    proporcionando cierta carga debida al rozamiento de los engranajes. Cuando estos motores se utilizan en

    aparatos tales como rasuradoras elctricas, mquinas de coser, mquinas de oficina y pequeos secadores

    de pelo porttiles, estn siempre directamente cargados con poco peligro de embalamiento del motor.

    Fig. 3- 8 Funcionamiento del motor serie o universal.

    MOTOR SERIE DE AC

    Se precisan varias modificaciones de proyecto en el motor serie para mejorar su funcionamiento en

    corriente alterna. A continuacin se describirn las modificaciones necesarias y las razones para ellas. Los

    motores serie de AC comerciales se proyectan:

    1. Con una estructura de la excitacin mucho ms laminada, a fin de reducir las mayores prdidas por

    corrientes parsitas con corriente alterna.

  • | 37

    2. Con un menor nmero de espiras de excitacin serie, a fin de reducir la cada de tensin reactiva en la

    excitacin serie y las prdidas debidas a corrientes parsitas y a la histresis.

    3. Con ms polos que los correspondientes a las mquinas de CC a fin de restablecer el par total.

    4. Con ms conductores en el inducido y ms delgas en el colector, para compensar la disminucin del

    flujo de excitacin.

    5. Con una resistencia en serie con las conexiones del inducido al colector, a fin de reducir las corrientes

    circulantes, el chispeo en las escobillas y las mayores dificultades en la conmutacin provocadas por

    el funcionamiento en CC.

    6. Con tipos especiales de devanados de compensacin, para reducir la mayor reaccin de inducido

    originada por el mayor nmero de conductores en el inducido.

    7. Con tipos especiales de devanados de los polos auxiliares, por la misma razn que en el punto 6.

    8. Para reducir la cada de tensin serie en los devanados de los polos auxiliares y de compensacin;

    estos devanados a menudo estn conectados inductivamente en vez de conductivamente, como se

    indica en la fig. 3-9c. Cuando la corriente de inducido aumenta debido al aumento de carga, el flujo de

    inducido induce una corriente mayor en estos devanados, por lo que el efecto de la fmm auxiliar y de

    compensacin es proporcional a la carga o a la corriente del inducido. Ya que en los conductores del

    inducido se produce corriente alterna, incluso cuando estn conectados a una alimentacin de CC,

    puede utilizarse para estos devanados un acoplamiento inductivo incluso en el motor serie de CC. La

    cada de tensin en estos devanados en corriente continua es ordinariamente pequea. Sin embargo,

    hay menos problemas de proyecto con el acoplamiento conductivo, lo que se indica en la fig. 3-9a.

    Con las modificaciones anteriores, los motores serie que funcionan con corriente alterna se comportarn de

    la misma forma que los de CC, originando la caracterstica indicada en la fig. 3-9d.

    En la fig. 3-9b puede verse el diagrama vectorial de un motor de AC acoplado conductivamente. La

    potencia desarrollada por el inducido del motor serie de AC es EgIa, por tanto, la corriente de inducido

    queda limitada por la fuerza contraelectromotriz generada en el inducido, Eg, ms todas las cadas de

    impedancia en serie, como se indica mediante la ecuacin en la fig. 3-9b.

    Fig. 3- 9 Motor serie de AC

    A ventaja del acoplamiento inductivo es un aumento en la fem generada y la potencia de inducido,

    indicadas en la fig. 3-9c. Con un dbil acoplamiento magntico, los devanados auxiliares y de

  • | 38

    compensacin se reflejan capacitivamente en el inducido tendiendo a reducir la cada de impedancia de

    inducido y a mejorar el ngulo del factor de potencia entre Vp e Ia.

    Los motores serie de AC se utilizan en lneas principales y en sistemas de ferrocarriles interurbanos

    (sistema de traccin) para locomotoras elctricas. Las potencias nominales para los motores de ferrocarril

    oscilan entre varios cientos hasta algo ms de mil HP, con factores de potencia de 0,95 y rendimientos de

    alrededor de 0,88 como resultado de las modificaciones descritas anteriormente.

    La regulacin de velocidad se consigue fcilmente me