- Motores de corriente alterna
- Motores universales
- Motores síncronos
- Motores de Jaula de Ardilla
- Relación de Velocidad de Rotación con la frecuencia eléctrica
- Conclusión
- Bibliografía
Un motor es una máquina motriz, esto es un aparato que convierte una forma cualquiera de energía, en energía mecánica de rotación o par.
Ejemplos de motores son, los de gasolina y los diesel, que convierten la expansión del gas al calentarlo en par de rotación; la máquina de vapor, que transforma la expansión del vapor caliente en par de rotación; el motor eléctrico, que convierte la electricidad en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos.
Un generador, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son, el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador.
Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores, es el alternador.
En algunos casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energía es de c-c o donde se desea un gran margen de variación de velocidad, pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, 1a mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de c-a.
A pesar de que hay una gran variedad de motores de c-a, solamente se discutirán aquí tres tipos básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de ardilla.
El motor de c.c. serie, tal como se ha explicado, gira cuando se aplica c-c o c-a de baja frecuencia. Tal motor, llamado universal, se utiliza en ventiladores, sopladores, batidoras, taladradoras eléctricas transportables y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas débiles o pequeña velocidad con un par muy potente.
Una dificultad de los motores universales, en lo que a radio se refiere, son las chispas del colector y las interferencias de radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 μF a 0,01 μF, conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando ιsta a masa.
Se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la máquina no arrancará. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero durante un semiperiodo del ciclo completo, intentará moverse en una dirección y durante el siguiente semiperiodo en la dirección opuesta.
El resultado es que la máquina permanece parada. La máquina solamente se calentará y posiblemente se quemará.
El rotor de un alternador de dos polos debe hacer una vuelta completa para producir un ciclo de c-a. Debe girar 60 veces por segundo, ó 3.600 revoluciones por minuto (rpm), para producir una c-a de 60 Hz. Si se puede girar a 3.600 rpm tal alternador por medio de algún aparato mecánico, como por ejemplo, un motor de c-c, y luego se excita el inducido con una c-a de 60 Hz, continuará girando como un motor síncrono.
Su velocidad de sincronismo es 3.600 rpm. Si funciona con una c-a de 50 Hz, su velocidad de sincronismo será de 3.000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor síncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta velocidad.
Si la carga llega a ser demasiado grande, el motor va disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para. Los motores síncronos de este tipo requieren todos una excitación de c-c para el campo (o rotor), así como una excitación de c-a para el rotor (o campo).
Se puede fabricar un motor síncrono construyendo el rotor cilíndrico normal de un motor tor tipo jaula de ardilla con dos lados planos. Un ejemplo de motor síncrono es el reloj eléctrico, que debe arrancarse a mano cuando se para. En cuanto se mantiene la c-a en su frecuencia correcta, el reloj marca el tiempo exacto. No es importante la precisión en la amplitud de la tensión.
La mayor parte de los motores, que funcionan con c-a de una sola fase, tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Un esquema simplificado del mismo se ve a continuación.
Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos que el de la figura y tienen un núcleo de hierro laminado.
Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos.
Cuando este rotor está entre dos polos de campo electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para que se mueva en una dirección u otra y así permanece parado. Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno.
Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener máximos de corriente y de campos magnéticos con muy poca diferencia de tiempo. Los arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se deberían alimentar por c-a bifásicas y producir un campo magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un condensador (o resistencia) en serie con los arrollamientos de fases distintas.
Con ello se puede desplazar la fase en más de 20° y producir un campo magnético máximo en el devanado desfasado que se adelanta sobre el campo magnético del devanado principal.
Desplazamiento real del máximo de intensidad del campo magnético desde un polo al siguiente, atrae al rotor de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos, haciéndole girar. Esto hace que el motor se arranque por sí mismo.
El devanado de fase partida puede quedar en el circuito o puede ser desconectado por medio de un conmutador centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona mejor sin el devanado de fase partida. De hecho, el rotor de un motor de inducción de fase partida siempre se desliza produciendo un pequeño porcentaje de reducción de la que sería la velocidad de sincronismo.
Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor de jaula de ardilla, con una cierta carga, podría girar a 1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor, más se desliza el rotor.
En condiciones óptimas de funcionamiento un motor de fase partida con los polos en fase desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del 75 por 100.
Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor, consiste en sombrear el campo magnético de los polos de campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del polo, como se ve en la figura siguiente.
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Mientras la corriente en la bobina de campo está en la parte creciente de la alternancia, el campo magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el anillo de cobre. Esto produce un campo magnético alrededor del anillo que contrarresta el magnetismo en la parte del polo donde se halla él.
En este momento se tiene un campo magnético máximo en la parte de polo no sombreada y un mínimo en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un máximo, el campo magnético ya no varía y no se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla un campo magnético máximo en todo el polo.
Mientras la corriente está decreciendo en amplitud el campo disminuye y produce un campo máximo en la parte sombreada del polo.
De esta forma el campo magnético máximo se desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de campo mientras avanza el ciclo de corriente. Este movimiento del máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo. El rendimiento de los motores de polos de inducción sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por 100.
Una de las principales ventajas de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el funcionamiento libre de interferencias cuando se utilizan tales motores.
RELACION DE LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN CON LA FRECUENCIA ELÉCTRICA.
La velocidad del campo rotatorio, o sea, la velocidad sincrónica, es
En donde f= frecuencia y P= número de polos.
Hay dos tipos generales de rotores. El de jaula de ardilla consiste en barras gruesas de cobre, puestas en corto circuito por anillos de extremo o, las barras y los anillos de extremo pueden ser una sola pieza fundida de aluminio.
El de rotor devanado tiene devadano polifásico del mismo número de polos que el estator y las terminales se sacan hasta anillos deslizantes (rozantes), de modo que pueda introducirse resistencia externa. Los conductores del rotor tienen que cortar el campo rotatorio y, por tanto, el rotor no puede girar con velocidad sincrónica, porque debe existir deslizamiento. El deslizamiento es,
En donde N2= velocidad del rotor, rpm.
La frecuencia del rotor es
La torsión (par) es proporcional al flujo en el entrehierro y a los componentes de la corriente del rotor que están, en el espacio, en fase con él. La corriente del rotor tiende a retrasar las fem que las producen, debido a la reactancia de dispersión del rotor.
Como se ve en la formula anterior, la frecuencia del rotor y, por ende, su reactancia (x2=2πf2L2) son bajas cuando el motor funciona cerca de su velocidad sincrónica, por lo cual hay un gran componente de corriente del rotor que, en el espacio, está en fase con el flujo.
Cuando hay grandes valores de deslizamiento, la frecuencia aumentada del rotor acrecienta la resistencia del rotor y, con ello, el retraso de las corrientes del rotor en relacion con sus fem; por tanto, se desarolla una considerable diferencia de fase, en el espacio, entre estas corrientes y el flujo.
En consecuencia, incluso grandes valores de corriente, la torsión puede ser pequeña. La torsión (par) del motor de inducción aumenta con el deslizamiento hasta que llega a un máximo llamado momento máximo de torsión.
En aplicaciones especiales se emplean algunos tipos de máquinas dinamoeléctricas combinadas. Por lo general, es deseable cambiar de corriente continua a alterna o a la inversa, o cambiar de voltaje de alimentación de corriente continua, o la frecuencia o fase con alimentación de corriente alterna.
Una forma de realizar dichos cambios, es usar un motor que funcione con el tipo disponible de alimentación eléctrica para que haga funcionar un generador que proporcione a su vez la corriente y el voltaje deseados.
- Shrader. "Comunicación eléctrica" Mac-Graw-Hill.
- Baumeister, Theodore; Avallone, Eugene A; Baumeister III, Theodore (1984). "Marks Manual del Ingeniero Mecánico tomo III" Mac-Graw-Hill de México, S.A. de C.V.
FRANCO IRENE
UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO.
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.
NUCLEO CIUDAD GUAYANA.
Venezuela
UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
ESCUELA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.
NUCLEO CIUDAD GUAYANA.
CIUDAD GUAYANA, FEBRERO 2005.