INSTITUTO SUPERIOR

“CARLOS CISNEROS”

Nombre: Acero Franklin

Ing. Jorge Chávez

Curso: 2do “A”

Especialidad: “Electromecánica”

Fecha: 2012-05-16

INSTALACIONES ELÉCTRICAS

Tema:

Arranque de máquinas eléctricas universales de corriente cc y ca

.- CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Hay dos tipos de máquinas, la Estática y la Dinámica, estática transformadores y

dinámica generador y motor tanto de corriente continúa como de corriente alterna.

Un Generador, convierte la energía mecánica aplicada a su eje de giro en eléctrica y el

motor operación inversa, es decir, convierte la energía eléctrica en energía mecánica.

2.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS GENERADORES DE CC.

Esta máquina, consta fundamentalmente de un electroimán, encargado de crear un

campo magnético fijo conocido como “inductor “y un cilindro con bobina de cobre que

se hace girar a una cierta velocidad cortando el flujo inductor, que se conoce como

inducido.

En resumen, la corriente que fluye por la espira es corriente alterna, pero el colector

formado por los semianillos aislados consigue rectificar la corriente alterna y convertirla

en continua.

3.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO SEGÚN LA LEY DE LORENZ

Según la segunda Ley de Lorentz, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica

que causa un campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado si se le quiere

introducir en otro campo magnético, así que las fuerzas magnéticas quedan rechazadas

por las bobinas del motor haciendo que el rotor del motor gire.

F: Fuerza en Newton

I: Intensidad que recorre el conductor en (A)

l: Longitud del conductor en metros lineales

B: Inducción en teslas

También, podemos saber las direcciones de la inducción magnética, la fuerza en la que

se moverá el conductor, como también el sentido de circulación de la corriente se

pueden definir con la Regla de la Mano Derecha de Fleming

4.- FUNDAMENTOS DE LAS MÁQUINAS DE CC.

Las máquinas de corriente continua son generadores que convierten energía mecánica

en energía eléctrica de corriente continua, y motores que convierten energía eléctrica de

corriente continua en energía mecánica.

La mayoría las máquinas de corriente continua son semejantes a las máquinas de

corriente alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes de corriente alterna.

Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito exterior

debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente

alterna en voltajes corriente continua en los terminales.

Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente continua se

conocen también como máquinas con colector.

4.1.- PARTES BÁSICAS DE LAS MÁQUINAS DE CC

La máquina de corriente continua consta básicamente de las partes siguientes:

INDUCTOR: Es la parte de la máquina destinada a producir un campo magnético,

necesario para que se produzcan corrientes inducidas, que se desarrollan en el inducido.

El inductor consta de las partes siguientes:

Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro,

incluyendo el núcleo y la expansión polar.

Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.

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Devanado inductor: es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al

ser recorrido por la corriente eléctrica.

Expansión polar: es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al

entrehierro.

Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no,

de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas

de mediana y gran potencia.

c. Culata: Es una pieza de sustancia ferro magnético, no rodeado por devanados, y

destinado a unir los polos de la máquina.

INDUCIDO: Es la parte giratoria de la máquina, también llamado rotor.

El inducido consta de las siguientes partes:

Devanado inducido: es el devanado conectado al circuito exterior de la máquina y en

el que tiene lugar la conversión principal de la energía.

Colector: es el conjunto de láminas conductoras (delgas), aisladas unas de otras, pero

conectadas a las secciones de corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan

las escobillas.

Núcleo del inducido: Es una pieza cilíndrica montada sobre el cuerpo (o estrella)

fijado al eje, formada por núcleo de chapas magnéticas. Las chapas disponen de unas

ranuras para alojar el devanado inducido.

Escobillas: Son piezas conductoras destinadas a asegurar, por contacto deslizante, la

conexión eléctrica de un órgano móvil con un órgano fijo.

Entrehierro: Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido;

suele ser normalmente de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la

parte fija y la móvil

Cojinetes: Son las piezas que sirven de apoyo y fijación del eje del inducido.

4.1.2.- FOTOS Y DESPIECE DE UNA MÁQUINA DE CC.

Los componentes de la máquina de corriente continua se pueden apreciar claramente:

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Tipos de arranques de motor.

Hay varios tipos de arranques de motor, cada uno con sus peculiaridades y su motivo,

en esta ocasión vamos a ver los más empleados en la industria.

Arranque estrella y triángulo.

Las conexiones de un motor son muy sencillas de realizar, para ello el fabricante

dispone en la carcasa del motor de una caja de conexiones con 6 bornes, en donde

nosotros haremos las conexiones pertinentes, dependiendo de si deseamos una conexión

tipo estrella o una conexión tipo triángulo. Veámoslo con unos gráficos:

Pero como se hacen éstas conexiones en la caja de bornas? Fácil, mirar éstos dos

gráficos:

Arranque con resistencias estatóricas.

Este tipo de arranque se utiliza para reducir la intensidad de arranque. El

funcionamiento es similar al anterior expuesto. Es decir, en una primera instancia,

entran en funcionamiento las resistencias y en una segunda instancia, el motor es

alimentado directamente. Para este proceso se utiliza dos contactares y un temporizador

Arranque en Kusa.

En este tipo de arranque se coloca una sola resistencia en una de las fases,

es indiferente la fase que se elija. El valor de la resistencia debe de

suministrarlo el propio fabricante del motor.

Arranque con autotransformador.

Este tipo de arranque mejora al arranque con resistencias estatóricas, al tener un mejor

par y no existir pérdidas por la disipación de calor en las resistencias. Sin embargo,

presenta un inconveniente, el precio, pues resulta más económico el arranque por

resistencias estatóricas. Se emplea el arranque por autotransformador en motores de

gran potencia, y como siempre, con la intención de reducir la intensidad absorbida en el

momento de arranque.

Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas de corriente continua

cuando funcionan como generadores. Son máquinas que producen energía eléctrica por

transformación de la energía mecánica.

A su vez, los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, según que produzcan

corriente continua o alterna, respectivamente.

4.1.3.- CLASIFICACIÓN DE GENERADORES DE CC.

Dependiendo de la conexión entre el devanado inductor y el inducido se distinguen tres

tipos de máquinas auto excitado: la máquina serie, la máquina derivación (Shunt) y la

máquina compuesta o compound.

La autoexcitación significa que la corriente continua que excita las bobinas inductoras

procede de la misma máquina generatriz.

La excitación independiente significa que la corriente continua que alimenta el

devanado inductor procede de una fuente independiente de la máquina, como una

batería de acumuladores, un rectificador conectado a una red alterna, o bien un

generador de corriente continua rotativo.

Excitación Serie: Pocas espiras, sección grande.

Excitación Paralelo: Muchas espiras, sección pequeña.

Excitación Independiente: Está alimentada por el exterior.

Excitación Compound.

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DESIGNACIÓN DE LOS BORNES (Generadores y Motores)

- Arrollamiento de inducido. A-B

- Arrollamiento inductor en derivación o shunt. C-D

- Arrollamiento inductor en serie. E-F

- Arrollamiento de polos de conmutación o compensador. G-H

- Arrollamiento inductor de excitación independiente. J-K

Posteriormente, cabe destacar otro tipo de generadores (no son máquinas) que

transforman la energía química en la eléctrica como son pilas y acumuladores.

4.1.4.- RENDIMIENTO DE LAS MÁQUINAS DE CC

El rendimiento de una máquina eléctrica de corriente continua está expresado, por la

expresión:

- Potencia suministrada / potencia absorbida.

- Potencia suministrada / (potencia suministrada + pérdidas de potencia).

- Potencia absorbida - pérdidas de potencia / potencia absorbida.

Por lo tanto, si las pérdidas de la máquina se conocen, se puede obtener el rendimiento

correspondiente a cualquier potencia útil o absorbida.

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5.- MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA

Se denomina motor de corriente alterna aquellos motores eléctricos que funcionan con

corriente alterna. Un motor, es una máquina motriz esto es un aparato que convierte una

forma determinada de energía en energía mecánica de rotación.

5.1.- CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES

Podemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y

por el número de fases de alimentación. Vamos a ello:

Por su velocidad de giro:

Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo

magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.

Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético

del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte

móvil del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una su

clasificación:

- Motores síncronos trifásicos.

- Motores asíncronos sincronizados.

- Motores con un rotor de imán permanente.

Por el tipo de rotor:

- Motores de anillos rozantes.

- Motores con colector.

- Motores de jaula de ardilla.

Por su número de fases de alimentación:

- Motores monofásicos:

- Motores bifásicos.

- Motores trifásicos.

- Motores con arranque auxiliar bobinado.

- Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.

Proceso de trabajo

Arrancar el motor en vacío, analizando que ocurre con su Intensidad nominal y

su velocidad.

Actuar sobre el reóstato de freno para ir aplicando una carga al motor universal

analizando que ocurre con su velocidad y con su intensidad nominal.

Comprobar la intensidad de arranque

Condiciones ambientales adversas Con frecuencia, las temperaturas excesivas (ya sea la temperatura del ambiente o la que

se deriva de un problema dentro del motor) son causa de avería de la máquina. Los

motores deben funcionar dentro de la variación límite de su temperatura indicada en su

placa de identificación, a fin de lograr una larga vida útil. Por cada 10ºC de aumento de

la temperatura de operación del motor por encima de la nominal, la duración del

aislamiento se reduce a la mitad. Además de mantener la temperatura ambiente correcta,

hay que localizar y eliminar otras fuentes de aumento de temperatura, como la

desalineación, sobrecarga, voltaje incorrecto y muchas otras. Las condiciones

ambientales perjudiciales suelen consistir en la presencia de vapores corrosivos, sal

suspendida en el aire, y suciedad, polvo y otros contaminantes en exceso. En lugares

con tales condiciones es esencial contar con motores cuyas carcasas estén especialmente

diseñadas. La humedad es otra causa común de fallas de motores. Si se condensa en la

superficie del aislamiento por cambios de temperatura o por contacto con agua, dicha

superficie se volverá altamente conductora, se dañará y producirá la falla inmediata del

motor. Además, es posible que el aislamiento absorba humedad con el paso del tiempo,

hasta que la resistencia dieléctrica del aislamiento se reduce tanto que ocurre la falla.

Uso o aplicación incorrecta de la herramienta eléctrica. Hay muchas formas en que el uso de una herramienta eléctrica pueden ser incorrectas.

Es esencial seleccionar el tamaño y tipo correctos de herramientas para la carga o

trabajo requeridos; el fabricante, un taller especializado y las normas proporcionarán

orientación. Hay numerosos factores que deben considerarse. Por ejemplo:Un ciclo

severo de trabajo podría ocasionar falla prematura del motor en una máquina diseñada

para trabajo liviano. La aplicación de carga irregular "frenados". El frenado por

contramarcha (inversión) y un prolongado tiempo de sobrecarga, hacen que los motores

trabajen a velocidad más baja que la normal. Debido a que los motores sometidos a este

ciclo de servicio toman corrientes muy intensas en el arranque, éstas producen,

calentamiento excesivo. Además, debido a la baja velocidad del rotor, el enfriamiento

normal disminuye mucho y empeora el problema del sobrecalentamiento, esto porque el

ventilador de refrigeración va acoplado al eje del inducido y cuando se frena disminuye

el caudal de aire refrigerante en circulación. La utilización de alargadores o extensiones

de sección insuficiente.

El uso con accesorios en mal estado. En el caso de las sierras eléctricas de banco o portátiles, se refiere al uso de discos de

corte desafilados o sin dientes. El disco tiene una vida útil que depende de factores

externos como el tipo de material a cortar, el tipo de acero con que está construida y la

técnica y cuidado del operador. Si la máquina funciona con disco en mal estado, la

velocidad de corte disminuye, el operador al percatarse de esta situación tiene la

tendencia natural de aplicar mayor presión, fuerza o carga para "acelerar" o recuperar la

rapidez perdida, normalmente utilizando el cuerpo cuando se trata de maderas de un

largo mayor. Esta "fuerza" aplicada con el cuerpo puede fácilmente superar los 200

kilos de peso que se aplican directamente sobre el disco, logrando con esto frenar la

máquina y aumentar peligrosamente la temperatura en las bobinas, terminando

generalmente con el motor quemado o dañando irreversiblemente el sistema de

engranajes.

En el caso de taladros, depende del tipo y estado de las brocas que se emplean. Todas

las brocas tienen una vida útil determinada por la duración del filo. Muy similar a lo que

ocurre en el ejemplo anterior, cuando el usuario se enfrenta a una disminución de la

velocidad de avance, aplica mayor presión y con esto aumenta la carga, frenando la

velocidad de giro del motor y aumentando el consumo de corriente. Aplicación

inapropiada del producto. Uso inapropiado del producto Bajo este título se considera

cualquier uso que se dé a la máquina, para el cual no está expresamente diseñado,

aunque se pueda efectuar. Un ejemplo clásico, es el del taladro que emplea para cortar

con disco para madera o cerámica. El eje del taladro está diseñado para soportar

esfuerzos axiales, (en dirección a lo largo del eje) y no para esfuerzos radiales (en

dirección lateral o inclinado al eje).

Otro ejemplo clásico es el de las sierras de banco. Estas máquinas están diseñadas para

trabajar con el esfuerzo aplicado por las manos del operador sobre el material a cortar,

de esta forma, el peso normal es de 30 a 40 kilos máximos. En algunos casos, se ven

adaptaciones donde el empuje de la madera sobre el disco de corte, se efectúa con

sistemas mecánicos o incluso hidráulicos o neumáticos, sin regular apropiadamente este

peso. Al no controlar el empuje, podemos fácilmente aplicar cargas que superen la

resistencia del metal con que se construye los engranajes. El desgaste no es inmediato,

pero en algunos casos se produce el quiebre de los dientes de los engranajes o incluso

daño en los ejes porta engranajes.

Desperfectos mecánicos Una carga excesiva puede dañar con rapidez una máquina; éste quizá haya sido al

principio del tamaño apropiado para la carga, pero una variación en ésta puede producir

sobrecarga del motor. Los rodamientos o bujes empezarán a fallar, los engranes pueden

trabarse o quebrarse, o pueden presentarse otras causas de fricción o cargas extra. En

este caso, el equipo consumirá más corriente y se incrementará su temperatura. Si la

corriente del motor excede del amperaje nominal a plena carga, aunque sea por un

tiempo breve, el rápido sobrecalentamiento reducirá la duración del motor. Si se tienen

protectores de sobrecarga del tamaño correcto, se dispararán en caso de una sobre

corriente muy intensa. Las fallas en los rodamientos o descansos se encuentran entre las

más comunes en cualquier motor. Se calcula que casi el 50 % de las quemaduras de

motores se deben a un rodamiento dañado. Es necesario conocer a fondo los diversos

motivos de las fallas de los rodamientos y los procedimientos correctos de

mantenimiento para lograr un mayor aprovechamiento del motor.

Fallas eléctricas Si el voltaje de suministro es incorrecto o tiene variaciones notables, ocurrirá una avería

prematura del motor. El bajo voltaje hace que la corriente sea mayor que la normal. Si la

reducción en la tensión aplicada es considerable, el exceso de corriente producirá

sobrecalentamiento del motor. Un alto voltaje de alimentación para el motor reduce las

pérdidas en el cobre, pero el flujo magnético más intenso ocasiona mayores pérdidas en

el hierro. Un pequeño incremento en el voltaje de suministro podría reducir el consumo

de corriente; sin embargo, un aumento del orden del 10 % o más respecto al valor de la

placa producirá saturación del hierro y una intensificación considerable en la corriente

con el consecuente sobrecalentamiento perjudicial del motor.

Desequilibrio de voltaje Los voltajes trifásicos desequilibrados o "desequilibrados", pueden ocasionar una grave

alteración en la corriente, que puede producir un rápido sobrecalentamiento del motor.

Es necesario instalar una protección contra este problema, para lo cual suelen ser

adecuados los protectores de sobrecarga. Ya se utilizan nuevos tipos de guarda motores

para proteger a un motor no sólo contra voltajes desequilibrados, sino también contra la

caída de fases, que en realidad es la forma extrema del desequilibrio de la tensión

aplicada. El uso en instalaciones trifásicas con cargas desequilibradas, provoca caídas

de tensión peligrosas que el usuario no puede detectar ni controlar. Estas instalaciones

corresponden a empresas del tipo industria, que utilizan energía trifásica, de donde se

toma una fase y el neutro para obtener tensión monofásica en 220 volts. Cuando estas

fases coinciden con equipos estacionarios cuyos motores son de gran potencia, se

produce un alto consumo en los arranque, provocando periodos cortos de hasta 60

segundos de baja tensión. Peor es el escenario si este alto consumo se mantiene o

prolonga en el tiempo.

Mantenimiento inapropiado Casi siempre, el buen mantenimiento preventivo evita, o cuando menos demora, una

posible falla del motor. Los técnicos han encontrado en algunas instalaciones

condiciones tales como polvo y suciedad en los motores, conductos de ventilación

obstruidos, motores sobrecalentados, corriente incorrecta en estos, rodamientos

ruidosos, humedad dentro y fuera de la máquina, debido todo ello a la falta de

mantenimiento periódico. En ocasiones, no todas las maquinas necesitan ni ameritan

mantenimiento preventivo, en particular cuando el costo de este último puede ser mayor

que el de reparar el producto. Por otra parte, cuando el equipo se encuentra en una

instalación crítica o es muy grande, costoso o difícil de sustituir, entonces sí se justifica

un buen programa de mantenimiento.

ANTES DEL MANTENIMIENTO

DESPUÉS DEL MANTENIMIENTO

Solución a fallas menores

Pruebas: Tanto el arrollamiento inductor como el del inducido deben verificarse

detenidamente antes y después de su montaje. El arrollamiento inductor se comprobará

en busca de contactos a masa, cortocircuitos, interrupciones e inversiones de polaridad.

No hay que olvidar que antes de rebobinar un inducido hay que verificar el colector en

busca de posibles delgas en cortocircuito o contactos a masa.

Reparación: Las averías que pueden presentarse en los motores universales son las

mismas que ocurren en los de motores continuos. A continuación, se enumeran las más

corrientes:

Si se producen chispas abundantes en funcionamiento, las causas pueden ser:

Terminales de bobinas conectados a delgas que no corresponden.

Polos inductores con cortocircuito.

Interrupción en las bobinas del inducido.

Cortocircuito en las bobinas del inducido.

Terminales de bobinas invertidos.

Cojinetes desgastados.

Láminas de mica salientes.

Sentido de rotación invertidos.

Si el motor se calienta en exceso, puede ser debido a:

Cojinetes desgastados.

Falta de engrase en los cojinetes.

Bobinas con cortocircuitos.

Sobrecarga.

Arrollamientos inductores con cortocircuitos.

Escobillas mal situadas.

Si el motor desprende humo, las causas pueden ser:

Inducido con cortocircuitos.

Cojinetes desgastados.

Arrollamientos inductores con cortocircuitos.

Tensión inadecuada.

Sobrecarga.

Si el par motor es débil, puede ser debido a:

Bobinas con cortocircuitos.

Arrollamientos inductores con cortocircuitos.

Escobillas mal situadas.

Cojinetes desgastados.