Motores de inducción monofásicos (página 2)

Partes: 1, 2

Podemos intentar lo mismo con el motor
parado. Es decir, un motor
trifásico con carga, pero en reposo, al que se inutiliza
una fase; si se conecta ahora a la red con solo
dos fases, o sea como motor monofásico, el motor no se
pone en marcha, continua en reposo, haciendo un
ruido característico.

De lo anterior deducimos que el motor monofásico de

inducción no puede ponerse en marcha por si solo:
necesita de un medio auxiliar que lleve el motor hasta una
determinada
velocidad de giro, pues solamente en marcha se produce el
intercambio energía
eléctrica-energía
mecánica necesaria.

La
corriente alterna monofásica que atraviesa el
arrollamiento del estator de un motor monofásico de
inducción produce un flujo magnético
que esta en fase con esta misma corriente, como se muestra
en la figura 2.
Los valores que toma el flujo magnético en los
instantes 1, 2, 3 … 9 estan representados en la figura 3,
donde se han dibujado las líneas de fuerza
de este flujo magnético y los vectores
representativos de la magnitud de este mismo flujo
magnético.

Monografias.com

Los motores
monofásicos de inducción son una variante de los
motores
síncronos con rotor en jaula de ardilla. La
configuración tiene sus polos en forma
saliente.

El motor arranca como un motor asíncrono y luego
pasa a motor síncrono, si no hay impedimento, por caga
excesiva.

La velocidad es
constante y viene determinada por la frecuencia de la red.

La carga puede hacer que el motor pierda el
sincronismo.

Monografias.com

Figura 4

MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN CON ESPIRAS EN
CORTOCIRCUITO

Este motor puede arrancarse directamente por si mismo,
lo que se consigue por el efecto que producen las llamadas
espiras en cortocircuito. El sistema
consiste en dividir los polos en dos partes
desiguales.

Los motores de inducción con espira en corto
circuito tienen gran aplicación en
electrodomésticos y pequeños aparatos. Al no tener
escobillas prácticamente no necesitan
mantenimiento y al mismo
tiempo están casi exentos de
averías.

MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN TIPO FASE
PARTIDA

Entre los procedimientos
para iniciar el arranque o giro de este tipo de motores de
inducción, está el llamado de fase partida, que
consiste básicamente en crear un
campo magnético giratorio que mueva el inducido
durante el período de arranque

El campo
magnético se obtiene por capacidad o por
inductancia.

Para obtener el campo giratorio por capacidad, se
utilizan dos arrollamientos de bobinas en serie, llevando una de
ellas condensador, que es la que realiza el desfase y por tanto
el arranque del motor.

El
valor de la capacidad del condensador a conectar en el motor
viene dado por la siguiente fórmula:

Monografias.com

C= capacidad en microfaradios

P= potencia
del motor en kw

U= tensión de alimentación
en V

cosF= factor de potencia del
motor

MOTOR ASINCRONO PARA C.C.

Monofásico de fase partida con posibilidad de
giro instantáneo

Monografias.com

Figura 5

En la polarización de maquinas, apartados de
diversos tipos, nos encontramos en la práctica con una
gama muy amplia de necesidades a cubrir, desde pequeñas
potencias donde resulta más difícil encontrar el
motor que satisfaga las necesidades.

Si se interrumpe uno de los tres hilos de línea
por los que se alimenta un motor trifásico de
inducción, de los llamados de <<jaula de
ardilla>>, cargado y a plena marcha, el motor
seguirá marchando normalmente a la misma velocidad que
tenía anteriormente. Únicamente su potencia
habrá disminuido en un 20% aproximadamente.

Podemos intentar lo mismo con el motor parado. Es decir,
un motor trifásico con carga, pero en reposo, al que se
inutiliza una fase; si se conecta ahora a la red con solo dos
fases, o sea como motor monofásico, el motor no se pone en
marcha, continua en reposo, haciendo un ruido
característico

MOTORES SÍNCRONOS

Implicando, se puede utilizar un alternador como motor
en determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y
se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con
c-a, la máquina no arrancará. El campo alrededor de
la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero
durante un semiperiodo del ciclo completo, intentará
moverse en una dirección y durante el siguiente
semiperiodo en la dirección opuesta. El resultado es que
la máquina permanece parada. La máquina solamente
se calentará y posiblemente se quemará.

Para generar el campo magnético del rotor, se
suministra una CC al devanado del campo; esto se realiza
frecuentemente por medio de una excitatriz, la cual consta de un
pequeño generador de CC impulsado por el motor, conectado
mecánicamente a él. Se mencionó
anteriormente que para obtener un par constante en un motor
eléctrico, es necesario mantener los campos
magnéticos del rotor y del estator constantes el uno con
relación al otro. Esto significa que el campo que rota
electromagnéticamente en el estator y el campo que rota
mecánicamente en el rotor se deben alinear todo el
tiempo.

MOTORES UNIVERSALES

Los motores universales trabajan con voltajes de
corriente continua o corriente
alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierra
eléctrica, taladro, utensilios de cocina, ventiladores,
sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran
velocidad con cargas débiles o pequeña velocidad.
Estos motores para corriente alterna y directa, incluyendo los
universales se distinguen por su conmutador devanado y las
escobillas. Los componentes de este motor son: Los campos
(estator), la masa (rotor), las escobillas (los excitadores) y
las tapas (las cubiertas laterales del motor). El circuito
eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía
para el paso de la corriente, porque el circuito está
conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor
flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o
sea, tiene un torque excelente, pero tiene una dificultad, y es
que no está construido para uso continuo o
permanente.

Otra dificultad de los motores universales, en lo que a
radio se
refiere, son las chispas del colector (chisporroteos) y las
interferencias de radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se
puede reducir por medio de los condensadores
de paso, de 0,001 µF a 0,01 µF, conectados de las
escobillas a la carcasa del motor y conectando ésta a
masa. Estos motores tienen la ventaja que alcanzan grandes
velocidades pero con poca fuerza.
Existen también motores de corriente alterna
trifásica que funcionan a 380 Velos motores universales
además de ser mas ecológicos gastan menos electricidad.

MOTORES DE JAULA DE ARDILLA

La mayor parte de los motores que funcionan con c-a de
una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los
rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos
y tienen un núcleo de hierro
laminado.

Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla
son de cobre y van
soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma
una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas
circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre
dos polos de campos electromagnéticos que han sido
magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las
espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las
recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha
producido la corriente (ley de Lenz).
Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos
estacionarios, no hay razón para que se mueva en una
dirección u otra y así permanece parado. Es similar
al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que
se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo
alterno.

Cuando el campo se produce para que tenga un efecto
rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un
motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que
están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que
permite a los dos juegos de
polos tener máximos de corriente y de campos
magnéticos con muy poca diferencia de tiempo. Los
arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se
deberían alimentar por c-a bifásicas y producir un
campo magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una
sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un
condensador (o resistencia) en
serie con los arrollamientos de fases distintas.

Con ello se puede desplazar la fase en más de
20° y producir un campo magnético máximo en el
devanado desfasado que se adelanta sobre el campo
magnético del devanado principal.

Desplazamiento real del máximo de intensidad del
campo magnético desde un polo al siguiente, atrae al rotor
de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos,
haciéndole girar. Esto hace que el motor se arranque por
sí mismo.

El devanado de fase partida puede quedar en el circuito
o puede ser desconectado por medio de un conmutador
centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una
velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona
mejor sin el devanado de fase partida. De hecho, el rotor de un
motor de inducción de fase partida siempre se desliza
produciendo un pequeño porcentaje de reducción de
la que sería la velocidad de sincronismo.

ARRANQUE Y CONTROL DE
VELOCIDAD

Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor
de jaula de ardilla, con una cierta carga, podría girar a
1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor,
más se desliza el rotor. En condiciones óptimas de
funcionamiento un motor de fase partida con los polos en fase
desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del
75%.

Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor,
consiste en sombrear el campo magnético de los polos de
campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo
y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del
polo.

Mientras la corriente en la bobina de campo está
en la parte creciente de la alternancia, el campo
magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el
anillo de cobre. Esto produce un campo magnético alrededor
del anillo que contrarresta el magnetismo en la
parte del polo donde se halla él.

En este momento se tiene un campo magnético
máximo en la parte de polo no sombreada y un mínimo
en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un
máximo, el campo magnético ya no varía y no
se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla
un campo magnético máximo en todo el polo. Mientras
la corriente está decreciendo en amplitud el campo
disminuye y produce un campo máximo en la parte sombreada
del polo.

De esta forma el campo magnético máximo se
desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de
campo mientras avanza el ciclo de corriente. Este movimiento del
máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio
necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo.
El rendimiento de los motores de polos de inducción
sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por 100. Una de
las principales ventajas de todos los motores de jaula de
ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la falta de
colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el
funcionamiento libre de interferencias cuando se utilizan tales
motores. Estos motores también son utilizados en la
industria. El
mantenimiento
que se hace a estos motores es fácil.

Como hemos visto en un análisis previo, un conjunto de tres
bobinas desplazadas 120º en el espacio, al que se le aplica
un conjunto de tensiones trifásicas, produce un campo
magnético rotante. Sin embargo, este análisis no se
limita a conjuntos
trifásicos, y es relativamente simple comprobar que, si se
aplican dos tensiones desfasadas en el tiempo a dos bobinas
desplazadas en el espacio, se obtendrá como resultado un
campo giratorio (de hecho, es posible verificar esto
experimentalmente poniendo en movimiento un motor
trifásico con solo dos fases).

Monografias.com

Esto sugiere que será suficiente con agregar una
segunda bobina alimentada con una tensión adecuada
(desfasada con respecto a la principal) para contar con un
pequeño campo giratorio que ponga al rotor en movimiento,
siguiendo a uno de los campos rotantes.

Básicamente, todos los motores monofásicos
se constituyen de ésta manera: poseen una bobina principal
o fase principal encargada de dar toda la potencia que se
necesita en el eje, una bobina secundaria o fase auxiliar,
orientada de distinta manera que la primera y que, junto a
ésta produce la fuerza que pone en marcha al motor y un
sistema de
arranque que se encarga de producir una tensión distinta
de la de la red para la bobina secundaria.

Para comprender el funcionamiento del sistema de
arranque debemos considerar que el campo magnético
generado por una bobina se encuentra en fase con la corriente y
que el ángulo de fase de esta respecto de la
tensión dependerá de la impedancia de la bobina o
del circuito en el que esta se encuentra. Supongamos que la fase
principal es puramente inductiva, en ese caso el campo que
ésta genera estará atrasado 90º con respecto a
la tensión. Si la fase auxiliar tuviera una impedancia con
una importante componente resistiva, el atraso del campo con
respecto a la tensión de alimentación
sería menor que 90º (de hacho puede ser mucho menor e
inclusive próximo a 0º) con lo cual se
contaría con las condiciones para la obtención del
campo rotante. Otra forma de lograr el desfasaje, muy utilizada
porque no introduce componentes resistivos en el circuito, con
las pérdidas que estos implican, es el agregado de un
capacitor en serie con la fase auxiliar.

La ventaja del arranque por capacitor es su elevada
cupla inicial mientras que el otro mecanismo permite, invirtiendo
la forma en que se efectúan las conexiones de las fases a
la red, invertir el sentido de giro del rotor, las figuras
muestran, esquemáticamente, estas conexiones.

Monografias.com Una vez
que el motor está en marcha, la fase auxiliar puede
desconectarse o no, el mejor funcionamiento se logra cuando se la
desconecta puesto que se deja trabajando solo al campo principal
que es el que desarrolla la potencia en el eje. Para desconectar
la fase auxiliar puede utilizarse un método
manual o bien,
lo que es más habitual, un método
automático, el sistema automático más
utilizado es un interruptor que se acciona por fuerza centrifuga
el cual se ajusta de manera tal que sus contactos se abren cuando
el rotor alcanza la velocidad adecuada (el 75% de la velocidad
nominal), otro sistema automático aprovecha el hecho de
que la corriente del estator disminuye a medida que el motor
aumenta su velocidad (tal como se describió para el motor
trifásico), esta corriente actúa sobre un
dispositivo electromecánico (relé o contactor) que
es el encargado de desconectar la fase auxiliar.

CONCLUSIÓN

Al inicio del desarrollo de
los motores monofásicos se debieron enfrentar
obstáculos de considerable importancia, primero por que la
corriente de tensión monofásica no produce un campo
magnético giratorio. Luego de sortear este
obstáculo los fabricantes se encontraron con la
problemática que trae consigo el hecho que los motores
monofásicos no poseen par de arranque
intrínseco.

Con el paso del tiempo se han ido desarrollando diversas
técnicas orientadas a solucionar estos
problemas.
Dando paso a los motores monofásicos que hemos conocido en
este trabajo.

Las aplicaciones de los motores monofásicos hoy
son muy amplias, puesto que cada sistema esta diseñado con
características especificas, sin embargo cada una de las
diferentes configuraciones tienen ventajas y desventajas tanto
una con respecto de otra, como cada una con respecto a la
instalación misma donde será ubicada.

Los diferentes motores que hemos conocido han hecho
posible el desarrollo de nuevas maquinas, herramientas y
aparatos, tanto para su aplicación industrial o
domestica.

Cada sistema de los estudiantes tienen como objetivo
principal introducir alguna mejora a los motores ya existentes,
estos cambios consisten en: mejorar el par de arranque, el factor
de potencia, la disipación de calor a
través del mismo motor (en el caso de los motores que
presentan altas resistencias)
, evitar corrientes excesivas en el momento del arranque y evitar
que las reactancias (inductiva o capacitiva) influyan
negativamente en la instalación que los rodea.

También se han desarrollado motores
pequeños (micro motores) que pueden ser utilizados en
pequeñas maquinas herramientas (taladros, sierras
circulares y otras), y otros que se utilizan en aparatos
domésticos (bombas de
agua de
maquinas lavadoras, hornos giratorios y otros electro
domésticos).