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UCCI Máquinas eléctricas

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3. MOTORES MONOFÁSICOS

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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


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Motor de inducción monofásico

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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.


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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.

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Campo pulsante

Fuente ACmonofásica

φ

t

φ


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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.

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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.


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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.

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Motor 1φ con devanado auxiliar


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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.

IP

IAIT

U

RA + j XA

RP

+ j

XP

AAPP XRXR >< y

:que cumple se

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Diagrama fasorial y campoU

IA

IP

Aφ

PφTφ

Con las corrientes por las bobinas llamadas principal (P) y auxiliar (A) generan un campo magnético giratorio, como el mostrado.

Si los flujos φA y φP están a 90º y fuesen de la misma magnitud el campo giratorio sería constante, de lo contrario sería variable.


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�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.

Construcción

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Construcción

�El rotor es del tipo jaula de ardilla.


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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.

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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 25°


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Devanados de trabajo y de arranque

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Par arranque

Tarr = k IP IA Sen αDonde:

IP e IA 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.


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Circuito y diagrama fasorial

αCosI A ⋅º15≈α

βCosI p ⋅º40≈β

º25IA

IP

U

IP

IAIT

U

RA + j XA

RP

+ j

XP

Interruptorcentrígugo

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Característica par-velocidad


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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.

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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.


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Motor 1φ con arranque por capacitor

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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.


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Circuito y diagrama fasorial

IP

IAIT

U

RA + j XA

RP

+ j

XP

Interruptorcentrígugo

CAº40≈β

º82≈

IA

IP

U

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Partes


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Característica par-velocidad

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�Debido a su elevado par de arranque este motor resulta ser reversible.

�La corriente de arranque se reduce.


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Aplicaciones

�Bombas.

�Compresoras.

�Unidades de refrigeración.

�Acondicionadores de aire.

�Máquinas lavadoras grandes.

�En general otras aplicaciones que requieran elevado par de arranque.

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Motor 1φ con capacitor permanente


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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.

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�El par de arranque es reducido, se encuentra en el rango de 0,5 a 1,0 veces el torque nominal.

�El capacitor CR

consume aproximadamente 1kVAR/kW.

IP

IAIT

U

RA + j XA

RP

+ j

XP

CR


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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.

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Motor 1φ con arranque por capacitor y operación por capacitor


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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 CA.

�Los valores empíricos de CA=3 CR.

�Cuando el motor ya está en marcha se desconecta este capacitor para que el motor no se caliente inecesariamente.

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Circuito equivalente


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Curvas par-velocidad

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Motor universal


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Motor universal

�Se le llama así porque puede funcionar tanto con corriente alterna monofásica como con corriente continua.

AC o DC

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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.


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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.

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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.


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Conexionado

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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.


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Par - velocidad

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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.


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Ventajas

�Alta velocidad

�Elevada potencia.

�Tamaño pequeño.

�Elevado par de arranque.

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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.


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Aplicaciones

�Taladros.

�sierras

�Aspiradoras.

�Otras herramientas portátiles semejantes.

�Electrodomésticos (batidoras, licuadoras, etc.)

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