Ing. Greivin Barahona

Transcripción

1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA CURSO: MÁQUINAS ELÉCTRICAS PARA MECATRÓNICA PROFESOR: IN GREIVIN BARAHONA GUZMÁN Máquinas Asincrónicas: Motor Inducción Monofásico (Tercera Parte) El desarrollo de aplicaciones domésticas ha impulsado la fabricación de motores especiales capaces de funcionar en redes monofásicas. Estos motores presentan cierta analogía con los polifásicos, pero su rendimiento y fp son inferiores. El motor monofásico es incapaz de arrancar por sí mismo, pero una vez puesto en marcha mantiene el giro del rotor. Se debe proveer al motor monofásico de una mecanismo adecuado para el arranque. 1

2 El devanado estatórico, está compuesto por: Devanado principal o de marcha. Devanado auxiliar o de arranque. Es de hilo más grueso y pocas vueltas, por ende puede soportar mayor corriente. Los ejes magnéticos están separados 90 eléctricos. El devanado rotórico, lo más común es de rotor de jaula. Dispositivos auxiliares. Interruptor centrífugo y platinos. Condensadores. 2

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4 El procedimiento más usado es disponer en el estator un segundo bobinado llamado bobinado auxiliar o de arranque, que hace que el motor monofásico funcione como bifásico durante los instantes que dura el proceso de arranque. Con el uso de un condensador, se logra un desfase en la corriente del bobinado auxiliar respecto de la corriente que circula por el bobinado principal. Se consigue un fuerte par de arranque. El motor asincrónico trifásico gira arrastrado por el campo rotante que tiene origen en el bobinado. Cuando se interrumpe una fase el motor sigue en rotación, aunque su característica par velocidad cae notablemente. Absorbe entonces mayor corriente, para poder entregar la potencia requerida por la carga. Se debe desconectar por medio de las protecciones. Si el motor está detenido y se lo alimenta con sólo dos fases, no arrancará, es necesario hacerlo girar mediante un impulso para iniciar el movimiento. 4

5 Su arranque se fundamenta en el principio de crear un campo rotante por medio de un arrollamiento auxiliar. Que produzca un flujo fuertemente desfasado en el espacio y en el tiempo respecto del principal, y que al componerse dan el campo rotante. El arrollamiento de arranque se dispone en cuadratura respecto del arrollamiento principal (o de trabajo). Se desconecta automáticamente cuando la velocidad del motor alcanza un valor próximo a 75-80% de la velocidad nominal. La desconexión se realiza con dispositivos que son accionados por la fuerza centrífuga o más recientemente por medio de un relé temporizado por accionamiento electrónico. Para producir el desplazamiento temporal entre la corriente del circuito auxiliar y la del circuito principal se pueden utilizar distintas soluciones, estas consisten en poner en serie con el devanado auxiliar una resistencia, una inductancia o bien una capacitancia. El par de arranque desarrollado es fuertemente dependiente de la solución que se adopta Por ejemplo en motores con arrollamiento auxiliar con resistencia alcanza o supera muy poco el par nominal En motores con devanado auxiliar con capacitor el par de arranque puede superar varias veces el nominal. 5

6 La acción combinada del flujo en el estator y en el rotor proporcional un flujo magnético rotacional, similar al de un motor trifásico 6

7 Teoría del doble campo. Un campo magnético pulsante puede descomponerse en dos campos: Uno de secuencia positiva y otro de secuencia negativa. Igual magnitud, pero direcciones opuestas. El motor responde por separado a la influencia de cada uno. El par neto es la suma de los dos. Puesto que el ángulo entre el campo magnético opuesto al movimiento y el rotor es grande, el par producido por este será pequeño en comparación con el opuesto. Con los campos magnéticos anteriores, se logra que el rotor giré en el sentido en el que se le dio el impulso, con velocidad menor que la del sincronismo y proporcionando un torque que puede realizar un trabajo útil, mientras la resistencia opuesta no sea mayor que ella. Para realizar el cambio de giro se requiere que el devanado auxiliar o de arranque se cambié de dirección para así afectar el sentido de giro del eje. Ello se puede lograr solamente con invertir las líneas de alimentación de este devanado. 7

8 Condensadores fijos concebidos para redes eléctricas de 50/60 Hz para una potencia reactiva superior o igual a 0.5 kvar. Condensadores fijos: De tantalio. Electrolíticos de aluminio. Con dieléctrico de cerámica de una sola capa. Con dieléctrico de cerámica, multicapas. Con dieléctrico de papel o plástico. Condensadores variables o ajustables. Consisten en dos superficies conductoras llamadas armaduras separadas por una materia aislante llamada dieléctrico (aire, papel, mica, aceite, plástico, caucho, cerámica, vidrio, etc.). Se utiliza con fines variados: mejorar el fp; producir corrientes desfasadas por los campos giratorios de las máquinas de inducción; almacenar y liberar cantidades conocidas de electricidad, en los circuitos oscilantes, en los filtros de frecuencia, etc, 8

9 Se llaman fijos o estáticos los condensadores cuya capacidad no es modificable. Los tipos son: los condensadores secos, condensadores de aceite, condensadores de gas, los condensadores electrolíticos (Solución dieléctrica). Condensador de arranque tipo electrolítico C Alta µf µF Los condensadores de aceite tienen un dieléctrico, generalmente una película de plástico o una película de plástico y papel, impregnado de un aceite especial o de otro líquido. Condensador de permanente tipo aceite C baja 5 µf 60 µf 9

10 Son condensadores en los que se puede modificar la capacidad a voluntad. Utilizan generalmente el aire como dieléctrico y las armaduras consisten, a veces, en series de láminas metálicas de las que unas son fijas, mientras que las otras, que se intercalan entre las primeras, están montadas en un eje que gira. Cuando se gira la armadura móvil (rotor), sus elementos se intercalan más profundamente entre los de la armadura fija (estator) o, por el contrario, se separan, variando así la capacidad del aparato. En el mercado existe gran variedad de motores monofásicos, pero los más utilizados por su interés práctico son los siguientes: Motores monofásicos con bobinado auxiliar. Fase partida (sin condensador). Condensador de arranque. Condensador permanente. Doble condensador. Polos sombreados. Motores monofásicos con espira en cortocircuito. Motores universales. 10

11 Motor monofásico sin condensador: Es el motor monofásico llamado de fase partida. Su estator está provisto de dos bobinados independientes, principal y auxiliar, desplazados mecánicamente (Cuadratura). Una vez alcanzado el rotor 80% de la velocidad, se produce la desconexión automática del devanado auxiliar, mediante la apertura del interruptor centrífugo acoplado al rotor. Este devanado está fabricado para producir un moderado par de arranque, pero no soporta el funcionamiento continuo. Características: Par de arranque moderado. Baja eficiencia.70% fp, bajo.0.7 Vibración moderada. Potencias fraccionarias 11

12 Motor monofásico con condensador. Este motor monofásico va provisto de un condensador papel (Cp alta), conectado en serie con el bobinado auxiliar de arranque. La capacidad del condensador dependerá de la potencia del motor. Cuando el motor alcanza el 80% de su velocidad este debe desconectarse. Lo que provoca en marcha una baja eficiencia, al contar con menor par de giro. Características: Alto par de arranque: 3 Tnom Baja eficiencia. fp bajo. Vibración. Potencias fraccionarias Menor 10Hp 12

13 Este motor tienen en el devanado auxiliar un capacitor permanente y que tanto el devanado principal como el auxiliar permanecen conectados tanto en el arranque como durante la marcha normal. Motor monofásico con condensador. Este motor monofásico va provisto de un condensador de aceite (Cp baja), conectado en serie con el bobinado auxiliar de arranque, que tiene mayor número de vueltas y alambre más delgado. La capacidad del condensador utilizado dependerá de la potencia del motor. Al inicio, la corriente de arranque es alta, por ende el devanado auxiliar debe poseer un poco menor de área y por ende mayor oposición al paso de la corriente. Cuenta con mayor par de giro en marcha. Al contar con un capacitor se mejora el fp y el torque de marcha. Características: Bajo par de arranque. Alta eficiencia. Buen fp=0.9 Poca vibración. Potencias fraccionarias. 13

14 Para mejorar el fp de servicio se construyen los motores con dos capacitores, uno de los cuales se desconecta después de que se ha iniciado la marcha y el otro permanece conectado para mejorar el factor de potencia. Al arranque, C eq es igual que C arr Logrando las ventajas del motor de capacitor permanente y el motor con capacitor de arranque. arr. Características: Alto par de arranque.1.5 Tnom Alta eficiencia. fp,alto 0.9 a 0.96 Poca vibración. Potencias fraccionarias. 14

15 El campo gira debido a espiras de sombra. El sentido de giro se da, de la parte sombreada a la parte no sombreada. Produce un menor par de arranque, tienen una eficiencia muy baja y también un bajo fp. Se consiguen en potencias menores a 1/20 Hp. Para invertir el giro se usa dos juegos de bobinas de sombra. Rotación L1 L2 CCW 1,8 4,5 CW 1,5 4,8 15

16 Volt. Rotación L1 L2 Juntas Alto CCW 1 4,5 2,3,8 CW 1 4,8 2,3,5 Bajo CCW 1,3,8 2,4,5 - CW 1,3,5 2,4,8 - Volt. Rotación L1 L2 Juntas Alto CCW 1,8 4,5 2&3 6&7 CW 1,5 4,8 2&3 6&7 Bajo CCW 1,3,6,8 2,4,5,7 - CW 1,3,5,7 2,4,6,8-16

17 La velocidad en los motores monofásicos se puede controlar de la misma manera que se controla en los motores trifásicos. 1. Variando la velocidad sincrónica. 2. Variando el número de polos 3. Variando el voltaje de alimentación. Uno de los métodos más prácticos y económicos para variar el voltaje de alimentación es mediante un autotransformador pero usando el mismo devanado estatórico. Si se energiza el voltaje pleno en la línea V, se opera normal(2v). Al aplicar el voltaje pleno a la toma2, entonces si inducirá otro voltaje igual en el devanado superior(entre toma1-toma2). Entonces el voltaje en el estator será el doble del voltaje aplicado. Es evidente que, dependiendo de la cantidad de vueltas de cada toma, así será el voltaje total generado, y por ende mayor será la velocidad del motor. 17

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