Electricidad básica para mecánicos
MOTORES ASÍNCRONOS
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Este documento ofrece una descripción detallada de los componentes básicos de motores eléctricos asíncronos, incluyendo estator y rotor, y explica su clasificación en función de suministro, tipo de rotor y velocidad. Además, se analizan las diferencias entre motores sincronos y asíncronos, y se discuten las conexiones especiales y el arranque de motores trifásicos.
Tipo: Apuntes
2020/2021
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MOTORES ASÍNCRONOS
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA
Se puede definir como motor eléctrico, las máquinas que transforman energía eléctrica en mecánica. Así pues. los motores realizan la función inversa de los generadores electro- mecánicos. Su uso es general. Casi todos los electrodomésticos poseen un motor o incluso varios, batidoras, extractores, ventiladores. neveras, etc. ) y lógicamente en la industria es indispensable su empleo. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. El principio de funcionamiento de los motores eléctricos se basan en el fenómeno de las FUERZAS ELECTRODINAMICAS. Que consiste en lo siguiente:
- -La corriente eléctrica que alimenta al motor eléctrico crea un campo magnético variable. dado que la corriente es alterna. A este campo se le denomina (Campo principal).
- -Las variaciones de este campo afectan a los conductores situados en la parte móvil del motor. en los cuales se generará una fuerza electromotriz de naturaleza auto-inducida.
- -Esta corriente auto-inducida creará a su vez un campo magnético que interferirá dada su proximidad al campo principal.
- -Como consecuencia de esta interferencia entre los campos magnéticos principal y auto-inducido, actuarán unas fuerzas sobre los conductores, que harán que estos giren. Estas fuerzas dan nombre al fenómeno: Fuerzas electrodinámicas. 3.- PARTES DE UN MOTOR
B.- ROTOR
Los motores eléctricos pueden tener dos tipos de rotor, los llamados BOBINADOS y los denominados EN CORTOCIRCUITO o JAULA DE ARDILLA. Cada uno de estos rotor tienen partes comunes y otras distintas. Componentes mecánicos comunes 1.- Eje Cilindro metálico destinado al soporte de las partes del rotor. Tiene una prolongación que servirá para aprovechar la energía mecánica del motor mediante el acoplamiento de una polea. 2.- Ventilador En forma de aspas adosado al eje del rotor, Su función es proporcionar refrigeración por aire al conjunto del bobinado. Componentes mecánicos propio del rotor bobinado
- -Colector : Especie de anillos metálicos de cobre aislados entre sí por mica, montados sobre el eje del motor. A cada anillo colector van soldados los terminales del bobinado. 2.- Porta escobillas: Elemento mecánico destinado a soportar las escobillas. 3.- Núcleo magnético: Esta formado por chapas magnéticas apiladas. todas ellas troqueladas para dar lugar a las ranuras. Componentes mecánicos propio del rotor jaula de ardilla 1.- Núcleo magnético: En el caso de los motores de jaula de ardilla el troquel será de forma circular de manera que pueda alojar los conductores en forma de barras. Sobre el núcleo estarán montados los anillos de cortocircuito uno en cada extremo, además de cumplir la misión eléctrica aglutinaran al conjunto.
Componentes eléctricos propio rotor bobinado 1.- Bobinado Conductores arrollamiento en forma de bobinas y alojadas en las ranuras.
- -Escobillas Piezas especialmente diseñadas para efectuar contacto entre el circuito del rotor y el circuito exterior, por medio del rozamiento con los anillos del colector. Por su trabajo las escobillas se elaboran de material de gran dureza mecánica. Componentes eléctricos propio rotor jaula de ardilla -Barras v anillos
C.- ENTREHIERRO
Se define como el espacio de aire que separa el rotor del estator CLASIFICACIÓN MOTORES DE CORRlENTE ALTERNA Los clasificaremos según tres criterios:
- Tipo de suministro: -Monofásico -Trifásico
- Tipo de rotor: -Rotor bobinado -Rotor de Jaula de Ardilla
- Velocidad: -Sincronos -Asincronos Vamos a ver la diferencia entre estos dos últimos tipos de motor. MOTOR SINCRONO: Son motores que giran a una velocidad constante, llamada velocidad del sincronismo. Tienen varios inconvenientes como, deben ser lanzados al arranque, no se debe variar la carga bruscamente etc" MOTOR ASINCRONO: Giran a una velocidad inferior al sincronismo, son los más utilizados, pues no tienen los inconvenientes de los anteriores. RENDIMIENTO Podemos definir como rendimiento la relación entre la potencia mecánica suministrada por el eje y la absorbida de la red. La potencia suministrada es igual a la absorbida menos la totalidad de perdidas.
Rendimiento = Potenciaabsorbidaporelmotor Potencia desarrolladaenel eje x 100 = % Las perdidas de potencia en un motor se dan por las siguientes circunstancias:
- Perdidas por efecto Joule en los devanados.
- Perdidas en el hierro: Histéresis magnética y las corrientes parásitas (Foucault).
- Perdidas por rozamiento y ventilación. CONEXIONES DE UN M0TOR TRIFASICO Los devanados de un motor trifásico ésta compuesto por tres bobinados independientes entre ellos. -Cada bobinado lógicamente posee dos terminales (una entrada y una salida), que por normativa se identifican con las siguientes letras: U, V, W , X, Y, Z Los terminales de cada devanado están conectados al interior por medio de la PLACA DE BORNAS, de ésta manera: Para poner en marcha un motor trifásico. se pueden realizar dos tipos de conexiones: ESTRELLA y TRIÁNGULO. CONEXIÓN ESTRELLA : Consiste en unir los terminales de salida de cada devanado (Z, X, Y) en un punto común. Conectaremos un motor trifásico en estrella, cuando la tensión de la red corresponda a la TENSIÓN MAYOR que marque la placa de características del motor.
R.p.m. (revoluciones por minuto) Factor de potencia. Tipo de motor, conexiones especiales, marca comercial. Número de fabrica, ARRANQUE DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS Al arrancar un motor trifásico, la intensidad de corriente durante ese momento de arranque es muy superior a la intensidad nominal de funcionamiento, la causa de está punta de intensidad viene dada porque el motor tiene que vencer el estado de reposo. Esta intensidad se le denomina INTENSIDAD DE ARRANQUE (la), se termina en cuanto el motor empieza a funcionar normalmente, es decir, la Intensidad de arranque dura breves segundos. El valor de ésta intensidad de arranque oscila entre 1 y 7 veces la intensidad nominal de funcionamiento. Por este motivo puede llegar a unos valores que perjudique al motor: Calentamiento de los bobinados (Efecto Joule), puede llegar a quemarse. Saltos o movimientos del motor: cuyas consecuencias son el desencajonamiento de éste.
Para evitar esta intensidad se dispone de circuitos llamados de arranque. El R.E.B.T. obliga a arrancar motores mediante sistemas de arranque, cuando el motor supera los 0,75 KW. SISTEMAS DE ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO. REVISAR ESQUEMAS DE ARRANQUE DE MOTORES (SEE) TIPOS Y CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES. Existen dos tipos fundamentales de motores de corriente alterna: Motores síncronos. Son aquellos que giran a la misma velocidad que lo hace el campo magnético creado por las bobinas del estator, es decir, no existe deslizamiento. Su utilización está muy poco extendida entre otras razones porque necesitan rotor bobinado lo que los hace menos robustos y un motor auxiliar para ponerse en marcha. Prácticamente solo se utiliza como compensadores del factor de potencia en líneas de alta tensión. Motores asíncronos. Son aquellos que giran a una velocidad algo inferior a la que lo hace el campo magnético giratorio creado por las bobinas del estator, es decir, existe un cierto deslizamiento. Su utilización está tremendamente extendida y de hecho prácticamente todos los motores que vemos son de este tipo. Debido a ello nos centraremos en este tipo de motores. Dentro de los motores asíncronos podemos encontrar muchos tipos de motores. Evidentemente existen tantas clasificaciones como características del motor, pero por encima de todas ellas existe algo que los subdivide en dos grandes tipos, y es el tipo de rotor que utilizan. Así tendremos: Motor asíncronos de rotor de jaula de ardilla. Motores de rotor bobinado. Otra forma de clasificar los motores es por la tensión de alimentación. Así tendremos: Motores trifásicos. Motores monofásicos.
AVERÍAS EN MOTOR ASÍNCRONOS
Al igual que ocurría en las máquinas de corriente continua, las anomalías mas frecuentes en las máquinas de corriente alterna son las relacionadas a continuación: Localización de contactos a masa Localización de cortocircuitos Localización de conductores cortados Seguidamente pasaremos a analizar la localización de estos cuatro tipos de averías, referidas a motores asíncronos trifásicos de corriente alterna, ya sean con rotor de jaula de ardilla o bobinado, por ser los mas utilizados industrialmente. Todo ello se analizará de forma sencilla y sin el empleo de aparatos o sistemas sofisticados, de tal forma que cualquier profesional pueda realizarlo en su taller, bien sea con herramientas tradicionales de electricista o deducidas directamente con el solo empleo del sentido común. LOCALIZACIÓN DE CONTACTOS A MASA Este tipo de anomalía puede presentarse tanto en estatores como en rotores bobinados, de cualquier máquina de corriente alterna, y la mejor forma de no llegar a esta situación que puede ser peligrosa desde sus comienzos, en cuanto a electrocución se refiere, y degenerar con el tiempo en un cortocircuito y la consiguiente destrucción de los devanados, es la de medir periódicamente el aislamiento a masa de sus devanados, que según la normativa actual ha de ser como mínimo de U x 1000 ohmios , con un mínimo de 250.000 ohmios, siendo U su tensión nominal. Para verificar la existencia de contactos a masa en el estator de los motores, procederemos como se aprecia en la figura 4.1, retirando primeramente los puentes de la placa de bornes, para medir a continuación el aislamiento entre cada una de las fases y la carcasa del motor, bien sea con el medidor de aislamiento de un polímetro o con un medidor de aislamiento apropiado. La fase que acuse continuidad es la que tiene el defecto, luego como mas adelante veremos hay que localizar la bobina o bobinas puestas a masa, para su posterior aislamiento o sustitución.
desconecten. Por tanto cuando un motor no sobrecargado se calienta exageradamente y sus protecciones no saltan, hay que suponer un cortocircuito incipiente entre fases, con una gran impedancia, debido a las muchas espiras que quedan intercaladas (ejemplo C-D). En estos casos para detectarlo hay que desmontar el motor, y si una observación visual no es suficiente para detectarlo, hay que proceder a retirar los puentes de la placa de bornes y verificar el aislamiento entre las fases, por medio de un polímetro o un medidor de aislamiento, tal como se aprecia en la figura 4.3. como es natural las fases cortocircuitadas acusarán continuidad entre ellas, siendo esta mayor o menor dependiendo del tipo e impedancia del cortocircuito Cortocircuito entre espiras de una misma fase En estos casos, si el cortocircuito es en el devanado del estator puede darse el caso de que el motor no pueda llegar a arrancar, por el contrario si al aparecer el cortocircuito el motor está en marcha puede seguir girando, aunque empezará a roncar y aumentará su calentamiento. En este caso también aumentará la corriente de la fase defectuosa, defecto que puede ser suficiente para que un relé de sobrecarga, del tipo diferencial pueda llegar a desconectar el motor.
LOCALIZACIÓN DE CONDUCTORES CORTADOS
Estas anomalías, tanto si el devanado es de rotor como si es de estator, se manifiestan con arranques dificultosos, el motor no logra alcanzar su velocidad nominal, ronca y se achica con la carga, o incluso no logra arrancar; todo ello debido a su alimentación en bifásico, como se aprecia en los esquemas de la figura 4.5. Si el devanado está ejecutado con circuitos en paralelo y es uno solo de esos circuitos el interrumpido, el motor presenta los mismos síntomas que si la fase completa estuviera cortada. Primeramente debemos de observar los conductores que van a la placa de bornes, ya que con frecuencia, y bien sea debido a las vibraciones, al envejecimiento del aislamiento o de las soldaduras de los terminales, se sueltan o cortan en la propia placa de bornes. Luego para localizar las interrupciones en el devanado del estator , debemos de comprobar la continuidad de cada fase por separado. Para ello retiramos los puentes de la placa de bornes, ya estén en estrella o en triángulo y con un medidor de continuidad (polímetro o medidor de aislamiento) verificamos una a una las fases del motor, tal como se aprecia en la figura 4.5. Para localizar las interrupciones en un rotor de anillos rozantes, empezaremos por aislar los anillos rotóricos, bien sea levantando las escobillas o colocando un aislante entre aros y escobillas. Seguidamente procedemos a medir la continuidad entre cada dos anillos o entre cada anillo y el punto de la estrella del devanado, si este es accesible, como si de un devanado de estator se tratara. Otra forma de localizar la fase cortada del rotor, una vez aislados los anillos rotóricos, consiste en alimentar el estator (si es posible a tensión reducida) y medir la tensión existente entre cada dos anillos, si una fase esta cortada no
**- Fase del estator cortada
- Si el motor es de anillos, han quedado resistencias intercaladas
- Si el motor es de anillos ruptura del circuito de arranque rotórico
- Cortocircuito o devanado a masa** - Verificar tensión y devanado - Verificar circuitos de arranque - Verificar conexiones, resistencias, escobillas y devanado.
- Verificar devanados y reparar **3.- La corriente absorbida en funcionamiento es excesiva
- Maquina accionada agarrotada o carga excesiva**
- Si el motor ronca y las intensidades de las tres fases son desiguales, cortocircuito en el estator
- Si el motor es de anillos, cortocircuito en el circuito rotórico - Verificar carga y sustituir motor si este es pequeño
- Verificar aislamiento y reparar o rebobinar el motor
- Verificar anillos, escobillas y circuito de resistencias. Verificar devanado rotórico y reparar **4.- La corriente absorbida en el arranque es excesiva
- Par resistente muy grande
- Si el motor es de anillos, resistencias rotóricas mal calculadas o cortocircuitadas
- Verificar la carga del motor
- Verificar resistencias y posibles cortocircuitos en resistencias y devanado rotórico 5.- El motor se calienta exageradamente
- Motor sobrecargado
- Ventilación incorrecta
- Si el motor se
- Verificar carga
- Verificar y limpiar rejillas y ranuras de ventilación**
calienta en vacío, conexión defectuosa
**- Cortocircuito en el estator
- Tensión de red excesiva** - Verificar las conexiones de la placa de bornes
- Verificar devanado estatórico
- Verificar tensión y corregir **6.- El motor humea y se quema
- Cortocircuito directo o de un número excesivo de espiras en cualquiera de sus devanados
- Mala ventilación del motor
- Verificar devanados y reparar o rebobinar
- Mantener siempre limpios los circuitos de ventilación 7.- El motor produce demasiado ruido
- Vibraciones de ciertos órganos
- Si el ruido es solamente en reposo y no en marcha, cortocircuito en el rotor
- Si el ruido cesa al cortar la corriente, entrehierro irregular**
- Barra del rotor desoldada o rota **- Lanzar y desconectar el motor y si el ruido persiste, verificar fijaciones y cojinetes
- Verificar devanado rotórico y reparar
- Verificar cojinetes y rotor
- Verificar barras del rotor**