MQUINAS ELCTRICAS

MONOFSICAS

ML 244

Gregorio Aguilar Robles

5 de diciembre de 2014

INTRODUCCIN

La mayora de los hogares y pequeos negocios

no tienen energa trifsica disponible. Para tales

lugares, todos los motores deben operar con fuente

de potencia monofsica.

El problema de una fase, como fuente de potencia

para motores, es que no permite por s misma

producir un campo magntico giratorio. Varios

artificios se han desarrollado para suprimir esta

dificultad produciendo motores con caractersticas

especficas, convenientes para cierto campo de

usos.

APLICACIONES

Accionan mquinas, lavadoras, bombas, ventiladores,

relojes, compresores para acondicionamiento de aire y

refrigeracin, mquinas de coser, herramientas

manuales, etc.

ESTATOR

ROTOR JAULA DE ARDILLA

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los motores monofsicos de induccin experimentan

una grave desventaja, puesto que solo hay una fase

en el devanado del estator, el campo magntico en un

motor monofsico de induccin no rota.

Es decir, con un bobinado monofsico, se obtiene

un campo magntico alterno.

Puesto que no hay campo magntico rotacional en

el estator, un motor monofsico de induccin no

tiene par de arranque.

Sabemos que la ecuacin de un campo

magntico alterno tiene la forma de:

B = Bmax Cos wt Cos q

ttt qqq cos*2

1cos*

2

1cos.cos

Sabemos por trigonometra que:

Reemplazando en la ecuacin de B, tendremos:

)wt(CosB2

1)wt(CosB

2

1B maxmax qq

El objetivo es lograr que

uno de los 2 campos

magnticos giratorios sea

ms fuerte que el otro en el

motor y en consecuencia,

dar a este un apoyo inicialen una u otra direccin.

CURVA TORQUE - DESLIZAMIENTO

En su estructura los motores monofsicos deinduccin se parecen a los motores de jaulade ardilla, salvo por el arreglo de losdevanados del estator.

ARRANQUE DE MOTORES DE

INDUCCIN MONOFSICOS

Como ya sabemos un motor monofsico de

induccin no tiene par de arranque intrnseco.

Existen diversas tcnicas, que se clasifican

de acuerdo con el mtodo utilizado para

producir el par de arranque.

CLASIFICACIN

a) Motores de fase partida

b) Motor con condensador de

arranque

c) Motores con condensador

permanente

d) Motores con doble

condensador

e) Polos estatricos sombreados

MOTORES DE FASE PARTIDA

Estos motores poseen dos devanados de estator

uno principal o de funcionamiento y otro auxiliar

o de arranque.

Ambos devanados del estator

tienen sus ejes dispuestos a 90

elctricos entre s.

Adems debemos destacar que:

El arrollamiento P (Principal) posee una

resistencia baja y una reactancia alta.

El arrollamiento A (Auxiliar) posee unaresistencia alta y una reactancia baja.

RAntoArrollamie

XPntoArrollamie

Como consecuencia de lo anterior se produce

un desfasaje entre las corrientes, tal como se

indica en el diagrama fasorial.

Dado que la corriente auxiliar esta adelantadarespecto a la principal, el campo del estatoralcanza su mximo primeramente segn el ejedel devanado auxiliar y luego segn el ejeprincipal.

Una vez arrancado el motor se desconecta el

devanado auxiliar, a travs del interruptor

centrfugo, generalmente cerca al 75% de la

velocidad sncrona.

Fueron estos los primeros motores monofsicosusados en la industria y que todava perduran.

Se usan en mquinas, bombas, ventiladores,lavadoras y una gran cantidad de otras aplicaciones.

Se fabrican en potencias de 1/30 (25 W) a 1/2 HP(373W).

El devanado auxiliar

logra que uno de los

campos sea mayor

que el otro y provee un

par de arranque neto

para el motor.

Los motores de fase

partida poseen un

par de arranque

moderado.

MOTOR CON CONDENSADOR

EN EL ARRANQUE

En algunas aplicaciones

el par de arranque es

insuficiente para arrancar

una carga sobre el eje del

motor.

En esos casos, se pueden

utilizar motores con

arranque por capacitor.

El motor con condensador para la marcha es en el

fondo un motor de fase partida, pero en el cual el

desfasaje entre las corrientes auxiliar y principal se

consigue mediante un condensador en serie con el

devanado auxiliar tal como se aprecia.

Esta condicin produce un campo magntico

giratorio en el estator, el cual a su vez induce una

corriente en el devanado del rotor efectuando la

rotacin.

La corriente que es liberada por el capacitordurante el arranque hace que el par de arranquede estos motores sea dos veces mayor que unode fase partida sin capacitor.

PEl par de arranque de un motor de fase partida con

capacitor es producido por un campo magntico

giratorio dentro del motor. Este campo relocaliza el

devanado de arranque 90 grados elctricos

desfasados con respecto al bobinado de trabajo, lo

que hace que la corriente en el devanado de

arranque se adelante a la del devanado de trabajo.

El par de arranque del motor puedesobrepasar 300% de su valornominal.

Los motores con arranque

por capacitor son ms

costosos que los de fase

partida y se utilizan en

aplicaciones en las cuales se

requiere un alto par de

arranque. Aplicaciones

tpicas de estos motores son

los compresores, bombas,

equipos de aire

acondicionado, y otros

equipos que deban arrancar

con carga.

DESPIECE DEL MOTOR CON ARRANQUE

POR CAPACITOR

MOTORES CON CONDENSADOR

PERMANENTE

En este tipo de motores, no se desconecta el

devanado auxiliar despus de arrancado el

motor, con ello se simplifica la construccin al

prescindir del interruptor centrfugo y se mejora

el factor de potencia y el rendimiento.

En estos motores el devanado de trabajo y arranque

tienen un capacitor en serie.

Este mtodo evita el uso de interruptor de arranque

pero el par es menor en el arranque y el trabajo.

El capacitor mejora la caracterstica par-velocidadde un motor de induccin, si este se escogeadecuadamente tal motor tendr un campomagntico rotacional uniforme y se comporta comoun motor trifsico de induccin.

Los motores de capacitor dividido

permanentemente tienen par de

arranque menor que los motores de

arranque por capacitor.

MOTORES CON DOBLE CONDENSADOR

Si se requiere un par de arranque lo ms alto

posible y las mejores condiciones de

operacin, se pueden utilizar dos capacitores

con el devanado auxiliar. Los motores con 2

capacitores se llaman motores de capacitor de

arranque, capacitor de marcha o capacitorstar-capacitor run.

El capacitor mayor esta presente en el circuito

durante el arranque (star) cuando asegura que

las corrientes en los devanados principal y

auxiliar estn casi balanceadas.

Cuando el motor ha alcanzado velocidad el

interruptor centrfugo se abre y el capacitor

permanente se deja solo en el circuito con el

devanado auxiliar.

El capacitor permanente es suficientemente grande

para balancear las corrientes para cargas normales

del motor de modo que este opera con alto par y

alto factor de potencia.

APLICACIN DE LAS

CARACTERSTICAS DEL MOTOR

POLIFSICO AL MOTOR

MONOFSICO

Se ha visto anteriormente que el flujo principal del

motor de induccin polifsico es un flujo giratorio y

el flujo principal de un motor monofsico en un flujo

alterno, fijo en el espacio.

Sabemos que la fuerza magnetomotriz alterna esta

dada por la ecuacin:

q cos.cos.max1 tFF

Esto es la ecuacin de la fuerza magnetomotriz

alterna si aplicamos trigonometra:

obtendremos:

Esto es la fem alterna puede ser reemplazada

por 2 fuerzas magnetomotrices giratorias que

viajan en direcciones opuestas y cada una tiene

una amplitud igual a la mitad de la fuerza

magnetomotriz alterna.

ttt qqq cos*2

1cos*

2

1cos.cos

tFtFF qq cos.*2

1cos.*

2

1maxmax1

A esta fmm giratoria corresponden 2 flujos que

giran en direcciones opuestas cada una con

velocidad sncrona. Al flujo giratorio que viaja en la

misma direccin de rotacin que el rotor se le

conoce con el nombre de flujo giratorio adelantado

(forward) mientras que al flujo giratorio que viaja

en direccin opuesta al rotor se le conoce como

flujo giratorio atrasado (reverse o back), lo cual

mostramos en el siguiente grfico:

DESLIZAMIENTO

Sea n rpm la velocidad del rotor, entonces deacuerdo con la definicin del deslizamiento s,eldeslizamiento del rotor con respecto al flujogiratorio adelantado:

Ya que el flujo giratorio atrasado funciona opuesto

al rotor, el deslizamiento sb del rotor con respecto

a este flujo giratorio atrasado:

ss

sf

n

n

n

nns

1

s

s

s

sb

n

nn

n

nns

Tambin:

f

s

b

sss

sb

sn

ns

n

n

n

n

n

nns

212

12111

BBB

FFF

jXRZ

jXRZ

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR

MONOFSICO

FLUJO DE POTENCIA EN EL

MOTOR MONOFSICO

POTENCIA EN EL ENTREHIERRO

a) Campo magntico en adelanto

b) Campo magntico en atraso

Potencia total en el entrehierro

2

1**5.0 IRP FgF

2

1**5.0 IRP BgB

gBgFg PPP

Par producido o par indicado:

Prdidas en el cobre del rotor:

s

g

ind

PT

BPcuFPcuPcu 222

FPsFPcu gf *2

FPsBPcu gf *)2(2

Potencia convertida:

sindrind TsTPconv **)1(*

sindg TP

luego

.

gPsPconv )1(

Nota:

debido a que no se han considerado las prdidas en elncleo para hallar la potencia de salida se debe restar ala potencia convertida otras prdidas que son:

Adems:

admecnucleoconvsalida PPPPP

100*

:

entrada

salida

P

P

Eficiencia

FLUJO DE POTENCIA EN UN MOTOR

MONOFSICO

FIN DEL CURSO

GRACIAS