MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 1

Transcripción

1 Form constructiv MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS El esttor tiene l form de un cilindro hueco, rnurdo en su prte interior, constituido por chps de hierro silicio de pequeño espesor, islds entre sí. (Fig.) En ls rnurs vn lojdos los devndos de lmbre de cobre esmltdo. Figur Figur 2 El rotor es en jul de rdill, (Fig.2), y en lgunos csos, en un extremo del eje es l prte interior del motor. Tiene un condensdor, en l prte superior extern del esttor (Figur 3). Principio de funcionmiento Cmpos rodntes cruzdos Si un bobin l limentmos con corriente ltern monofásic, producirá un flujo lterntivo, siempre en l mism dirección (el eje de simetrí de l bobin). Este flujo sobre un espir, produce fuerzs opuests que no genern movimiento lguno, por consiguiente est no gir (figur 4). Físicmente, se comprueb que, si l espir originlmente detenid, se l impuls en uno u otro sentido, girrá un velocidd n 2, menor que l síncron (Figur 5) en el mismo sentido que se l impulsó. Nos preguntmos: cómo es posible esto?; Por qué si lo impulso en un u otr Dirección, continu girndo, increment su velocidd y desrroll pr motor? Figur 3 Con el objeto de explicr esto vmos descomponer el flujo lterntivo en dos rotntes de sentido contrrio, que giren l velocidd de sincronismo n, y de Módulos igul l mitd del flujo máximo. φ = φ b = Φ (figur 5) 2 Esto último puede comprobrse gráficmente o bien mtemáticmente, de l siguiente mner: φ = Φ cos ωt ; cos wt jwt e + e Φ jwt jwt = ; φ =.( e + e ) 2 2 Esto se debe que hor, l espir gir bjo l cción del cmpo rotnte que corresponde l impulso ddo. Indudblemente que el otro cmpo, ejerce su cción negtiv sobre éste. Como tenemos dos cmpos rotntes, podemos

2 MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 2 n n2 n ( n2) definir dos resblmientos: s = y s b = n n y el resblmiento totl será l sum: s + s b = 2 de mner que uno de ellos sb = 2 s lo que signific que, el resblmiento del flujo contrrio, es muy grnde y por consiguiente produce un momento ntgónico pequeño (ver fórmul siguiente de M b ). Momento motor Pr los dos resblmientos ddos, corresponden los momentos: M 30 m R2. I.. π n s 2 2 = y M b = 30. π m n R2. I. 2 s 2 2b pr los que, dndo vlores y representndo gráficmente (Figur 6), se obtiene: s = 0 ; Μ = 0 ; Μ b = k / 2 s = ; Μ = k ; Μ b = k s = 2 ; Μ = k / 2 ; Μ b = 0 y el momento totl: Mr = M + M b De esto último concluimos:. Este motor no tiene momento de rrnque, no rrnc solo. Hbrá que proveerlo de un medio uxilir pr ello. 2. Gir en mbos sentidos con el mismo momento. 2. El cmpo ntgónico, disminuye el momento que tendrí sin éste. Por esto es que este motor tiene menor momento que un trifásico equivlente. No obstnte, se construyen los motores monofásicos con igul momento que los trifásicos, igul potenci y velocidd, pero pr tener igul M que el trifásico necesitmos myor Φ (M = k. Φ. I ) y por consiguiente myor cción del circuito mgnético (Φ = B. S ). 4. Tom más corriente que el trifásico de igul potenci. Arrnque Como este motor no tiene momento de rrnque, se recurre un rtificio pr obtener un cmpo rotnte, que lo sque de es posición de equilibrio estático. Según ls forms que se dopten pr obtener dicho cmpo rotnte, dn origen distintos tipos de motores. TIPOS DE MOTORES. Motor con fse uxilir rrnque resistivo El esttor posee dos devndos, uno principl o de mrch y otro uxilir o de rrnque (Figur 7), colocdos 90 eléctricos entre sí. Ls impedncis de los devndos son distints, produciendo un desfsje del orden de los 25. Esto se obtiene con distinto número de espirs y construyendo demás el devndo de rrnque con lmbre más delgdo (myor R, menor costo). Al tener dos corrientes Figur 7

3 MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 3 desfsds 25 que circuln en dos devndos desfsdos 90, se obtiene un cmpo rotnte imperfecto (Figur 8) pero suficiente pr scr de su posición de reposo l rotor, el que se pone en movimiento. Digrm vectoril digrm de flujos Figur 8 Figur 9 Circuito Figur 0 Cundo el motor lcnz un velocidd de lrededor del 75% l 80% de n, un interruptor centrífugo o un relé desconect el devndo uxilir, y que, l estr construido con lmbre más delgdo, se quemrí en trbjo continuo. El motor continú trbjndo con el flujo lterntivo. Es decir, rrnc con cmpo rodnte imperfecto y gir bjo l cción del cmpo lterntivo. 2. Motor con cpcitor de rrnque Este motor posee un condensdor, del orden de µf, en serie con l fse uxilir (Figur 0). Al umentr el ángulo entre ls corrientes, cercno los 90 (Figur ), mejor notblemente el momento de rrnque. El condensdor utilizdo es del tipo electrolítico, (recordr que es polrizdo), especificdo pr cort durción en Figur 0 ltern, por ejemplo, pr no ms de 20 operciones de 3 segundos por hor. En este cso, el interruptor tmbién cumple l función de desconectr l condensdor electrolítico porque sino se destruirí. Debe tenerse en cuent que es posible que l tensión en el condensdor, se considerblemente myor que l de líne, debido los fenómenos de resonnci en los circuitos R-L-C. Como todos los motores menciondos nteriormente, funcionn con el devndo principl solmente, por consiguiente sus crcterístics de funcionmiento son similres. Cálculo del cpcitor El vlor de l cpcidd se puede elegir de modo que, en el rrnque, ls corrientes y por consiguiente los flujos generdos por ells, estén desfsdos 90. De este modo se tendrá un cmpo girtorio circulr, no hbrá cmpo ntgónico, y se desrrollrá un grn momento de rrnque. Por supuesto que esto es sólo válido pr el rrnque, lo que y es un grn ventj, porque después ls corrientes vrín en módulo y fse.

4 MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 4 Se demuestr que l cpcidd necesri pr crer un cmpo rotnte circulr, est determind cundo l potenci del condensdor Q c, es igul l potenci prente del motor plen crg Q m.- Ejemplo Un motor monofásico, con fse uxilir, rrnque con cpcitor, tiene ls siguientes crcterístics: 0,5 CV; rpm ; 4. A; cos ϕ = 0.74 M / M n = 2 ; I / I n = 3,4 ; condensdor de 40 µf en 280 V. Verificción: potenci prente del motor: Q m = 220 V. 4. A. = 902 VA l potenci del condensdor es: Q c = w.c. u 2 como deberá ser: Q c = Q m será: C = Q m / w U 2 = ( 902 VA / 34. (280) 2 ). 0 6 = 36,6 µf donde el comercil más próximo es de 40 µf. 3. Motor con cpcitor permnente Este motor funcion con los dos devndos conectdos permnentemente, el uxilir en serie con un condensdor pr corriente ltern (ceite, cerámico, etc.) (Figur 2). Trbj como motor bifásico, produciendo un cmpo rotnte imperfecto, pero mejor que en los nteriores (Figur 3). Por el tipo de condensdores disponibles, éstos son de bj cpcitnci, lo que result en momentos de rrnque bjos, hst un 50% del nominl. Figur 2 4 Motor con cpcitor de rrnque y mrch Pr que el motor con condensdor permnente se cpz de desrrollr un lto momento de rrnque, es necesrio tener un grn cpcidd en ese momento I s grnde y muy desfsd) y si l mismo tiempo se requiere un funcionmiento stisfctorio en mrch, se necesitrá otro vlor de cpcidd pr ello, menor en este cso I n menor y poco desfsdo. O se necesit vlores distintos de cpcidd pr el rrnque que pr l mrch. Pr el rrnque se dispone de un condensdor electrolítico, que tiene grn cpcidd, 0 o más veces que el de mrch, trvés de un interruptor, por ser de servicio intermitente. Pr l mrch, de un condensdor en ceite o cerámico, de bj cpcidd y Figur 4 funcionmiento permnente. 5. Motor con polos sombr Crcterístics constructivs Son los motores mejores pero más cros, dentro de su tipo.

5 de l Figur 6. MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 5 Los motores bipolres son como los de l Figur 5 y los tetrpolres como los El esttor se crcteriz por tener, en un extremo de l expnsión polr, un espir cortocircuitd de grn sección. El rotor, es normlmente en jul de rdill. Principio de funcionmiento Anlizndo un ciclo de l ond de ltern, (Figur 7), en el intervlo 0-, el flujo principl φ p es creciente y en un cierto sentido (Figur 8). Al trvesr ls espirs en cortocircuito, inducen en ells corrientes que se oponen l vrición del flujo, debilitndo éste en l prte superior e inferior de cd polo, hciendo que el flujo circule de l prte inferior l superior, φ 0 en l Figur 9. En el intervlo -2 el flujo disminuye, ls corrientes inducids en ls espirs, se oponen l disminución (Figur 20), reforzándolo de l prte superior l inferior, en el sentido Φ 2 de l Figur 9, es decir, el flujo girdo un ángulo α.- Continundo con nálisis similres pr los intervlos restntes, se concluye que el flujo resultnte produce un giro por ciclo, es decir se h generdo un cmpo rodnte. El motor funcion bjo el principio de cmpo rodnte sobre un rotor en cortocircuito.- Pr mejorr el cmino del cmpo mgnético rodnte se suelen insertr shunts mgnéticos entre los polos; y pr umentr el momento de rrnque se construye el entrehierro no uniforme (Figur 6).

6 MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 6 El sentido de giro es fijo, qued determindo por l posición de ls espirs de sombr, gir en el sentido que v desde l superficie libre l cortocircuitd en el polo. El momento de rrnque suele vler: M / M n = 0, 0.5 Ls mls condiciones de rrnque son debids l 3 rmónico del cmpo girtorio, el que provoc un disminución considerble del momento pr l frecuenci de rotción igul /3 de l sincrónic. L 3 rmónic del cmpo gener corrientes en el inducido, que su vez cren un momento. Pr disminuir esto rmónico se utilizn: ) shunt mgnéticos entre polos b) umento de entrehierro en l zon nterior del polo c) vris espirs en c.c. de distinto ncho CURVAS CARACTERISTICAS En l figur 2, se muestrn ls curvs "momento-velocidd" en form comprtiv, pr los distintos tipos de rrnque. OTROS MOTORES MONOFÁSICOS A INDUCCIÓN Existen otros motores monofásicos, cuy construcción es similr los de corriente continu, es decir tienen colector, denomindos "motores repulsión". Tienen ls crcterístics de un motor serie, con lto momento de rrnque y el cmbio de velocidd y sentido de giro se efectú por el desplzmiento de ls escobills. Se estudin bjo l clsificción de "motores pr corriente ltern con colector". INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO En los motores con fse uxilir, pr invertir el sentido de giro, se debe invertir l conexión de uno de los dos devndos. Esto produce l inversión del cmpo rodnte de rrnque. Pr posibilitr esto es que l borner posee 4 bornes: 2 pr el principl, y 2 pr el uxilir Un ejemplo de conexión con llve inversor es el de Figur 22.

7 MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 7 EL MOTOR TRIFÁSICO COMO MONOFÁSICO Se puede hcer funcionr un motor trifásico limentdo por un red monofásic. Pr ello se conect según l Figur 23, denomind "conexión Steinmetz" Colocndo un condensdor de proximdmente 70 µf por kw de potenci del motor, en redes de 220 V, su momento de rrnque se reduce l 30% del nominl y l potenci disminuye l 80% de l nominl. Por el tmño de los condensdores requeridos, este método result económico pr potencis menores de 2kW. Además, el condensdor debe preveerse pr un tensión.25 U, debido los efectos de sobretensión, que precen como consecuenci del fenómeno de resonnci. Funcion como motor monofásico con condensdor permnente. CARACTERISTICAS Y APLICACIONES TIPO DE MOTOR µ /µ n % I / I n s % CARACTERISTICAS ESPECIALES APLICACIONES TIPICAS rrnque resistivo <=5 µ mx / µ min = de /8 /2 HP - ventildores - bombs centrífugs - lvrrops - máquins de oficin - quemdores 2 con cpcitor de rrnque /6 3 HP lto momento de rrnque - compresores pr refrigerción - mezcldores de limento - bombs - máquin p/cortr psto 3 con cpcitor permnente mrch suve buen cos ϕ /5 /2 HP - ventildores 4 con cpcitor de rrnque y mrch buen performnce más cros 5 polos sombrs 70 bjo rendimiento 20% cos ϕ = pequeñs potencis /0 /4 HP - secdores de pelo - helders - girdiscos económicos - ventildores de mes

8 MOTORES ASINCRONOS MONOFÁSICOS 8 Ejemplo Ddo el circuito equivlente de un motor síncrono monofásico (Figur ) con condensdor, determinr: ) Ls corrientes en los devndos de rrnque y mrch y sus desfses reltivos b) Digrm de flujos cd ωt = 30 y c) Conclusiones ) Z m = 3 + j 4 = 5 Ω I m = 5 = 23 A X c = / ωc = / ( ) = 8.84 Ω Z = R + j ( X - X c ) = =7.2 + j ( ) = 9 Ω I = 5: 0 / 9: El desfse entre I m e I será: = 90 (Figur 2) b) Siendo I mx = I, ls corrientes instntánes serán: i m = i = 23. sen ωt = 32.5 sen ωt 2.8. sen (ωt + 90) = 8. cos ωt Como los devndos están 90 ; los flujos tmbién: φ = k (i + j i m ) = k (8. cos t + j 32.5 sen t) Dndo vlores cd ωt = 30 (Figur 3) y grficndo (Figur 4) Conclusiones: ) A intervlos de tiempo igules l velocidd instntáne del flujo si no es constnte (α =46 > α 2 = 8). 2 ) El módulo del flujo no es cte. 3 ) El cmpo rotnte no es circulr