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El funcionamiento de motores monofásicos de inducción, sus componentes y cómo generan un campo magnético giratorio para arrancar y operar. Además, se discuten diferentes métodos de control de velocidad para estos motores.
Tipo: Apuntes
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a) Partes que componen el motor monofásico de inducción MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN Introducción. La necesidad del motor de inducción monofásico se explica de la siguiente forma: existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compañía eléctrica sólo suministra un servicio de ca monofásico. Además, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministro monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc. La mayoría de los motores monofásicos son “motores pequeños” de “caballaje fraccionario” (menos de 1 hp). Sin embargo, algunos se fabrican en tamaños normales de caballaje integral: 1.5, 2, 3, 5, 7.5 y 10 hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofásico y aun para servicio de 440 V entre los límites de 7.5 a 10 hp. Los tamaños especiales de caballaje integral van desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores de serie monofásicos de ca. Para todos los efectos debemos demostrar que al aplicar una fuente monofásica a un devanado de una máquina eléctrica de inducción con rotor en jaula de ardilla, no se producirá ninguna f.m.m. giratoria neta y por lo tanto, tampoco se podrá desarrollar ni contar con un par mecánico que le permita a la máquina iniciar su giro. El campo magnético producido por una corriente monofásica en una bobina está siempre sobre el eje de la misma (es decir no se produce un campo magnético giratorio), si bien variará su valor Campo magnético producido por una corriente monofásica (^) Diversos motores monofásicos de inducción
Estas sencillas máquinas conservan la propiedad fundamental de no poseer contactos eléctricos rozantes lo que les confiere una durabiliad muy alta y muy bajo mantenimiento. Los motores de inducción monofásicos llevan un estator en cuyo paquete de chapas van alojados dos bobinados de Cobre. El bobinado principal, que suele denominarse arrollamiento principal va colocado en 2/3 de las ranuras del estator y sus conexiones llevan las designaciones Ul, U2. El arrollamiento auxiliar (bobinado auxiliar) Zl, Z2 va alojado en el tercio restante de ranuras, desfasado en el espacio 90º. En cuanto a la construcción del motor monofásico de inducción, hay que señalar que el rotor de cualquier motor monofásico de inducción es intercambiable con algunos polifásicos de jaula de ardilla. No hay conexión física entre el rotor y el estator, y hay un entrehierro uniforme entre ellos. Principio de funcionamiento Los motores monofásicos de inducción experimentan una grave desventaja. Puesto que sólo hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de inducción no rota. En su lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma dirección. Puesto que no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de inducción no tiene par de arranque. Si pensamos en un motor de un solo par de polos, podemos ver fácilmente que el campo generado por el devanado principal al conectarse a una fuente de tensión alterna, tiene una dirección fija y un signo cambiante en forma sinusoidal. Los motores de inducción requieren un campo magnético rotante para inducir las corrientes adecuadas en el rotor y producir un par mecánico. ESTATOR ROTOR JAULA DE ARDILLA DEVANADOS PRINCIPALES monofásico de
Si el campo magnético es fijo en el espacio y alterno en el tiempo y el rotor se halla detenido (por ejemplo al intentar arrancarlo) el circuito electromagnético resultante se asemeja mucho al de un transformador en cortocircuito, donde el rotor haría las veces de secundario. Para comprender el funcionamiento de éstas máquinas debemos imaginar que el campo magnético alterno es en realidad la composición de dos campos de módulos constantes pero rotantes en sentidos opuestos. En la figura se esquematiza esta construcción abstracta en la que ahora se tiene el equivalente a dos motores trifásicos conectados en secuencias opuestas y unidos por su eje. Si por algún medio, en cambio, se impulsara el rotor en un sentido cualquiera se induciría instantáneamente un par en el eje que aceleraría la máquina hasta alguna velocidad de equilibrio con el par resistente (en vacío, las pérdidas mecánicas propias). Entonces el motor monofásico puede pensarse como dos motores trifásicos opuestos en los que uno prevalece sobre el otro al definirse externamente un sentido de giro. De ésta forma los rotores no giran ya que en un caso ideal los momentos inducidos a cada lado del eje son iguales y opuestos. Como ya se conoce de la teoría de motores trifásicos, los campos magnéticos rotantes inducen un momento en los rotores que varía con la velocidad de éstos últimos. La curva de torques que generan el campo 1 y 2 se ilustra en la figura (3) donde se puede ver que al sumarse los efectos (zona sombreada) no se obtiene ningún par resultante con el rotor detenido. Así llegamos a la característica principal de los motores de inducción monofásicos: no pueden arrancar por sí solos.
El campo giratorio se forma si se conecta una resistencia activa en serie con el bobinado auxiliar. La resistencia activa necesaria se puede formar también enrollando el arrollamiento auxiliar con un hilo resistente. Pero generalmente se ejecuta el arrollamiento auxiliar como arrollamiento bifilar. Para ello se enrolla un tercio del número de espiras de la bobina en sentido contrario a las espiras restantes. En el arrollamiento auxiliar bifilar se anula en parte el efecto inductivo, pero se mantiene su resistencia activa. Su par de arranque corresponde aproximadamente al par nominal. La característica de torque-velocidad típica de estos motores es la mostrada en la figura. T η Este tipo de motor tiene un bajo a moderado torque de partida el que depende de las corrientes y su desfase entre ellas. Se utilizan en el caso de escasa frecuencia de arranque, por ejemplo para compresores de frigoríficos o como motores para quemadores de fuel, en pequeñas bombas centrífugas, quemadores de aceite, sopladores y en cualquier otro tipo de cargas que requieran un moderado par de arranque a una velocidad bastante constante. Este tipo de motor es normalmente de caballaje fraccionario y como su rotor es pequeño, tiene poca inercia hasta cuando está conectado con la carga. Sin embargo, las principales desventajas del motor son: 1) su bajo par de arranque y 2) que, cuando tiene mucha carga se produce un par elíptico o pulsante que hace que el rotor emita ruidos preocupantes. Por este motivo, el motor de fase partida se usa en aparatos electrodomésticos para impulsar cargas que producen ruido, como por ejemplo, quemadores de aceite, pulidoras, lavadoras de ropa, lavadoras de vajillas, ventiladores, sopladores de aire, compresores de aire y bombas de agua pequeñas. Característica de torque-velocidad de un motor 1F de arranque por resistencia
El control de la velocidad de estos motores es relativamente difícil porque la velocidad síncrona del flujo rotatorio del estator queda determinada por la frecuencia y el número de polos desarrollados en el devanado de marcha del estator (η = 120f/p). Se debe hacer notar que todos los cambios de velocidad se deben llevar a cabo en límites mayores al que trabaja el interruptor centrífugo y por lo tanto menores que la velocidad sincrónica; obteniendo un rango muy limitado para el control de velocidad. La capacidad del devanado de arranque se basa sólo en trabajo intermitente. Si el interruptor centrífugo se descompone y no puede abrir, por lo general debido a que se pegan los contactos, el calor excesivo que produce el devanado de arranque, de alta resistencia, aumentará de tal manera la temperatura del estator, que finalmente se quemarán ambos devanados. Los motores de fase partida de mejor diseño tienen relevadores térmicos Inter construidos, conectados en serie con la terminal de la línea, para desconectar el motor del suministro siempre que la temperatura sea muy elevada. El principio de funcionamiento del motor monofásico de inducción INTRODUCCIÓN Este trabajo es un desarrollo explicativo del funcionamiento de los motores monofásicos de inducción, y además estos mismos son maquinas transformadoras estáticas. Nos referimos al motor asincrónico. Este es una maquina de corriente alterna, de la que solamente una parte: el rotor o el estator, esta conectado a la red y la otra parte trabaja por inducción, siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcionalmente al resbalamiento.
de una pérdida correspondiente de eficiencia y un factor de potencia pobre. Como los motores de inducción se utilizan ampliamente, su control de velocidad puede ser necesario en muchas aplicaciones. Diferentes métodos de control de velocidad del motor de inducción. se explican a continuación. Control de velocidad del motor de inducción desde el lado del estator 1. Al cambiar el voltaje aplicado: De la ecuación de par del motor de inducción, Resistencia del rotor R2 es constante y si el deslizamiento s es pequeño entonces (sX2)2 Es tan pequeño que puede ser descuidado. Por lo tanto, T ∝ sE22 donde E2 Es inducido por rotor, fem y E2 ∝ V Por lo tanto, T ∝ sV2, lo que significa, si la tensión suministrada disminuye,El torque desarrollado disminuye. Por lo tanto, para proporcionar el mismo par de carga, el deslizamiento aumenta con la disminución del voltaje y, en consecuencia, la velocidad disminuye. Este método es el más fácil y barato, y rara vez se usa, porque
Por lo tanto, la velocidad síncrona cambia con el cambio en la frecuencia de suministro. La velocidad real de un motor de inducción se da como N = Ns (1 - s). Sin embargo, este método no es ampliamente utilizado. Puede usarse donde, el motor de inducción es suministrado por un generador dedicado (de modo que la frecuencia se puede variar fácilmente cambiando la velocidad del motor primario). Además, a una frecuencia más baja, la corriente del motor puede llegar a ser demasiado alta debido a la disminución de la reactancia. Y si la frecuencia aumenta más allá del valor nominal, el par máximo desarrollado desciende mientras la velocidad aumenta. 3. Control constante de V / F del motor de inducción Este es el método más popular para controlar la velocidad de un motor de inducción. Como en el método anterior, si la frecuencia de suministro se reduce manteniendo la tensión de alimentación nominal, el flujo de espacio de aire tenderá a saturarse. Esto causará una corriente excesiva del estator y la distorsión de la onda de flujo del estator. Por lo tanto, la tensión del estator también debe reducirse proporcionalmente a la frecuencia para mantener constante el flujo de espacio de aire. La magnitud del flujo del estator es proporcional a la relación entre la tensión del estator y la frecuencia. Por lo tanto, si la relación de voltaje a frecuencia se mantiene constante, el flujo permanece constante. Además, al mantener constante V / F, el par desarrollado se mantiene aproximadamente constante. Este método da mayor eficiencia en el tiempo de ejecución. Por lo tanto, la mayoría de los variadores de velocidad de CA emplean el método V / F constante (o voltaje variable, método de frecuencia variable) para el control de velocidad. Junto con un amplio rango de control de velocidad, este método también ofrece la capacidad de "arranque suave".
4. Cambiar el número de polos del estator. De la ecuación anterior de la velocidad síncrona, Se puede ver que la velocidad síncrona (y, por lo tanto, la velocidad de carrera) se puede cambiar cambiando el número de polos del estator. Este método se utiliza generalmente para motores de inducción de jaula de ardilla, ya que el rotor de la jaula de ardilla se adapta a cualquier número de polos de estator. El cambio en los polos del estator se logra mediante dos o más devanados de estator independientes enrollados para un número diferente de polos en las mismas ranuras. Por ejemplo, un estator se enrolla con dos devanados de 3 fases, uno para 4 polos y otro para 6 polos. Para frecuencia de alimentación de 50 Hz.
Ahora, el motor auxiliar B se suministra con el rotor inducir emf por lo tanto, Ns 2 = (120f 1 ) / PAG 2 = (120S 1 f) / P 2. ahora poniendo el valor de S 1 = (Ns1 - N) / Ns Sin carga, la velocidad del rotor auxiliar es casi la misma que su velocidad síncrona. es decir, N = Ns2. a partir de las ecuaciones anteriores, se puede obtener que Con este método, se pueden obtener cuatro velocidades diferentes.
En general consta de una carcasa, un estator formado de laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar. Denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla. Utiliza un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. La principal diferencia entre un permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere switch centrifugo. Es similar a una construcción al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor de en serie con el devanado de arranque para tener un mayor par de arranque para tener un mayor par de arranque. Son una alternativa para el uso doméstico, pues su aplicación se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen los electrodomésticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora, aspiradora, etc. Se usan ampliamente con muchas aplicaciones de tipo monofásico tales como accionamiento a maquinas y herramientas como pueden ser, taladros, pulidoras, motobombas, etc. Máquinas para uso doméstico: lavadoras, secadoras, planchadoras, trituradores de carne Máquinas para uso industrial y rural: bombas industriales, pulverizadores Puertas y portones de garajes: desarrollados especialmente para el accionamiento de puertas y portones de garajes Motores fase de partida Motores con permanente Motores de arranque con capacitor
