3. MOTORES MONOFÁSICOS

Transcripción

1 3. MOTORES MONOFÁSICOS 142 Temario El motor de inducción monofásico. Con un devanado auxiliar. Con arranque por capacitor. Con capacitor permanente. Con arranque por capacitor y operación por capacitor. Motor universal 143 1

2 Motor de inducción monofásico 144 Introducción Como no todas las redes de alimentación eléctrica son trifásicas es también conveniente poder emplear motores de inducción monofásicos de jaula de ardilla por ser robusto, barato y de mantenimiento sencillo

3 El motor monofásico A diferencia del motor de inducción trifásico, los motores de inducción monofásicos con una sola bobina no generan un campo giratorio, si no pulsante, donde el sentido y la magnitud del campo magnético varía con la corriente alterna. De allí que no pueden arrancar por sí mismos y requieren de una acción externa para poder arrancar. 146 Campo pulsante φ φ Fuente AC monofásica t 147 3

4 Descomposición del campo pulsante El campo magnético pulsante puede descomponerse en dos campos giratorios cuyos sentidos de giros son opuestos y que ejercerán torques de sentidos opuestos sobre el rotor. Por lo tanto se obtendrán dos curvas Par- Velocidad. Nótese que en reposo ambos torques son iguales y de sentidos contrarios por lo que anularán sus efectos. 148 Impulso externo Cuando externamente se impulse el rotor en un sentido cualquiera predominará este torque sobre el otro sobre el rotor, que continuará girando en el sentido impulsado

5 Se requiere Como sabemos el principio de funcionamiento del motor de inducción se basa en la existencia de un campo magnético giratorio. Quiere decir, que se deberá crear este campo empleando solo corriente AC monofásica. 150 Motor 1φ con devanado auxiliar 151 5

6 Motor 1φ con devanado auxiliar Se emplea dos devanados que están desplazados 90º uno del otro. Asimismo se busca que las corrientes por dichas bobinas estén desfasadas. Para ello las bobinas tendrán diferente impedancia. U I T R P + j X P P P R A + j X A I P se cumple que : R < X y R > X A A I A 152 Diagrama fasorial y campo I A U φ A Con las corrientes por las bobinas llamadas principal (P) y auxiliar (A) generan un campo magnético giratorio, como el mostrado. Si los flujos φ A y φ P están a 90º y fuesen de la misma magnitud el campo giratorio sería constante, de lo contrario sería variable. I P φ P φ T 153 6

7 Construcción El estator posee ranuras uniformemente distribuidas en el se alojan los dos devanados cuyas características físicas son diferentes. Los ejes magnéticos de los devanados están desfasados 90. Incluye un interruptor centrífugo o relé magnético, para sacar de servicio al devanado auxiliar una vez arrancado el motor ya que se corre el riesgo de que se queme el motor. 154 Construcción El rotor es del tipo jaula de ardilla

8 Devanado auxiliar Este devanado auxiliar especial montado dentro del estator, se le conoce como devanado de arranque, debido a que solo opera en el arranque. Este devanado se caracteriza por tener sección delgada y pocas espiras. Su resistencia es elevada, debido a ello debe de operar solo en el arranque, por el calentamiento producido. 156 Devanado principal También llamado devanado de trabajo; que se caracteriza por poseer sección gruesa y mayor cantidad de espiras. Su resistencia es menor que su reactancia y bastante menor que la resistencia del devanado de arranque. Las corrientes por los devanados de operación y de arranque se encuentran desfasadas un ángulo de aproximadamente

9 Devanados de trabajo y de arranque 158 Par arranque Donde: T arr = k I P I A Sen α I P e I A son las corrientes por los devanados principal y auxiliar respectivamente. α es el ángulo entre las corrientes. Debido a que el ángulo es muy pequeño, el torque de arranque está entre 1 a 2 veces el Torque nominal

10 Circuito y diagrama fasorial R A + j X A I T I A U R P + j X P I P I p Cosβ I A Cosα β 40º α 15º 25º I A U Interruptor centrígugo I P 160 Característica par-velocidad

11 Otras características La corriente de arranque es elevada, entre 4 a 7 veces la corriente nominal. La corriente de vacío es del orden del 60 al 80% de la corriente nominal. El Cosϕ de plena carga es aproximadamente 0,6 en atraso. 162 Aplicaciones Electrodomésticos (que producen ruido). Quemadores de aceite. Máquinas herramientas. Pulidoras. Lavadoras de ropa. Lavadoras de vajilla. Ventiladores. Sopladores de aire. Compresores de aire. Bombas de agua pequeñas

12 Motor 1φ con arranque por capacitor 164 Motor 1φ con arranque por capacitor En el motor con arranque por capacitor el desfasaje entre las corrientes de los devanados se incrementa conectando un capacitor electrolítico en serie con el devanado auxiliar, este cercano a 90º. La capacidad del capacitor absorbe 4kVAR/kW de potencia del motor. Ello le permite elevar el par de arranque entre 3,5 a 4,75 veces el torque nominal

13 Circuito y diagrama fasorial R A + j X A I T I A I A U R P + j X P I P C A β 40º Interruptor centrígugo 82º U I P 166 Partes

14 Característica par-velocidad 168 Otras características Debido a su elevado par de arranque este motor resulta ser reversible. La corriente de arranque se reduce

15 Aplicaciones Bombas. Compresoras. Unidades de refrigeración. Acondicionadores de aire. Máquinas lavadoras grandes. En general otras aplicaciones que requieran elevado par de arranque. 170 Motor 1φ con capacitor permanente

16 Motor 1φ con capacitor permanente El devanado auxiliar no es sacado de servicio, con ello se simplifica la construcción al prescindir del interruptor centrífugo, y se mejoran el factor de potencia, el rendimiento y el ruido debido a las pulsaciones del torque. El devanado auxiliar es idéntico al principal. El capacitor y el devanado auxiliar pueden proyectarse de forma que el funcionamiento se realice como un sistema bifásico. 172 Otras características El par de arranque es reducido, se encuentra en el rango de 0,5 a 1,0 veces el torque nominal. El capacitor C R consume aproximadamente 1kVAR/kW. U I T R P + j X P I P R A + j X A I A C R

17 Ventajas No precisa interruptor centrífugo. El sentido de giro se invierte fácilmente a su reducido par de marcha. Su velocidad se controla con la tensión de alimentación, debido su sensibilidad a las variaciones de tensión. El factor de potencia es alto. Operación silenciosa sin interferencia de radio o televisión. 174 Motor 1φ con arranque por capacitor y operación por capacitor

18 Motor 1φ con arranque por capacitor y operación por capacitor Con la finalidad de elevar el par de arranque el motor anterior, se incrementa la capacidad total añadiendo durante el arranque un capacitor de arranque C A. Los valores empíricos de C A =3 C R. Cuando el motor ya está en marcha se desconecta este capacitor para que el motor no se caliente inecesariamente. 176 Circuito equivalente

19 Curvas par-velocidad 178 Motor universal

20 Motor universal Se le llama así porque puede funcionar tanto con corriente alterna monofásica como con corriente continua. AC o DC 180 Estator El núcleo se compone de un paquete de chapas con dos polos salientes. El devanado de excitación montado en los polos salientes, es de pocas espiras de sección gruesa

21 Rotor o inducido Es análogo al de las demás máquinas DC. Posee escobillas que permiten la conmutación. Cuando este motor está funcionando con AC, la conmutación es más pobre que con una fuente DC. El chisporroteo en las escobillas se debe a las tensiones inducidas a manera de transformador en las bobinas sometidas a conmutación. 182 Chisporroteo Este chisporroteo reduce significativamente la vida de las escobillas y en algunos ambientes puede ser una fuerte interferencia para las frecuencias radiales. Es por ello que para reducir interferencia es que se divide el devanado de campo en dos. Cabe indicar que los motores universales no poseen interpolos

22 Conexionado 184 Par - velocidad La máquina desarrolla mayor velocidad operando con alimentación DC que con alimentación AC para una determinada carga. Asimismo cabe indicar que desarrolla mayor potencia con alimentación DC que con AC, resultando pues que su eficiencia en DC es superior a la eficiencia que se consigue con alimentación AC

23 Par - velocidad 186 Variante Para conseguir que el comportamiento de régimen del motor universal sea el mismo para DC que para AC, se emplea otro conexionado, reduciendo el número de espiras para la operación con AC

24 Ventajas Alta velocidad Elevada potencia. Tamaño pequeño. Elevado par de arranque. 188 Desventajas Requiere de escobillas para la conmutación, de allí que su mantenimiento es mayor. Su velocidad es dependiente de la carga, corriendo el riesgo de embalarse

25 Aplicaciones Taladros. sierras Aspiradoras. Otras herramientas portátiles semejantes. Electrodomésticos (batidoras, licuadoras, etc.)